Diapositiva 1 - Laboratorio di Fisica Tecnica

CORSO DI FISICA TECNICA 2
AA 2013/14
ILLUMINOTECNICA
Lezione n° 3:
Elementi caratterizzanti il colore
Grandezze fotometriche qualitative
Le Sorgenti Luminose artificiali
Ing. Oreste Boccia
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Elementi caratterizzanti il colore
Il colore è una qualità degli oggetti ma è anche una funzione della luce che
li illumina.
Ogni corpo ha un fattore di assorbimento, di riflessione e di trasmissione
variabile con la lunghezza d'onda.
Ne consegue che se lo si illumina con una luce bianca (che è la somma di tutte
le componenti cromatiche visibili) allora il corpo riflette una radiazione che
dipende dalle proprie caratteristiche.
Se, ad esempio, il corpo non assorbe la lunghezza d'onda corrispondente al
verde ma assorbe tutte le altre allora la luce riflessa è verde e noi attribuiremo il
colore verde al corpo.
Se, però, la luce illuminante è solo monocromatica e di colore giallo allora il
corpo non può apparire verde perché il verde non è presente nella radiazione
originaria; esso appare, in questo caso, nero.
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Il colore si caratterizza per le seguenti tre qualità:
•
Tono o Tinta: è legato alla presenza di una lunghezza d'onda dominante dello spettro di
emissione; questa individua il colore fondamentale con cui viene visto un oggetto illuminato
oppure una sorgente illuminante.
Se una luce è caratterizzata da una distribuzione spettrale uniforme a tutte le lunghezze
d’onda, in cui però non sia possibile identificare una lunghezza d’onda dominante, risulterà
allora poco caratterizzata dal punto di vista cromatico e sarà definita di colore grigio.
Tinte fredde: bassa lunghezza d’onda (violetto, blue, verde).
Tinte calde: più elevate lunghezze d’onda (giallo, arancio, rosso).
•
Purezza o Saturazione: è la vivacità del colore , è legata al rapporto tra il contenuto
energetico di una luce in corrispondenza della lunghezza d’onda dominante e quello
relativo alle rimanenti lunghezze d’onda dello spettro di emissione.
Un colore molto puro (saturo) presenta uno spettro a punta intorno alla λ dominante,
mentre un colore di purezza meno accentuata presenta una curva più allargata e piatta. Al
limite, la purezza massima corrisponde all’emissione di una luce monocromatica, mentre la
purezza minima corrisponde al grigio.
Il tono e la saturazione costituiscono l’aspetto più propriamente cromatico della sensazione
visiva, cioè definiscono la sua cromaticità; il grigio è il tipico colore acromatico .
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•
Luminosità: è il parametro legato al contenuto energetico globale della luce considerata
all’interno del suo spettro di emissione. Maggiore è l’energia emessa, maggiore è la
luminosità del colore considerato e maggiore risulterà la chiarezza con cui questo verrà
percepito.
Il bianco, il nero ed il grigio sono colori che non possono essere tra loro distinti dal punto di
vista cromatico per ciò che concerne gli aspetti di tinta e saturazione; sono infatti tutti e tre
caratterizzati dallo stesso tipo di curva di emissione spettrale (uniforme). L’unica
caratteristica che li distingue dal punto di vista cromatico è l’intensità, cioè la quantità di
energia globalmente emessa.
Il bianco ha luminosità massima, il nero ha luminosità nulla, il grigio ha una
luminosità intermedia tra quelle del bianco e del nero.
Un colore può essere ottenuto dalla mescolanza di tre colori diversi definiti
come primari; in questo caso si parla di sintesi additiva.
Dalla sintesi additiva dei colori primari
(blu+verde+rosso) con la loro massima intensità si
ottiene il colore bianco. Dai tre colori fondamentali
si derivano altri tre colori detti secondari o
complementari: il giallo è complementare al blu; il
magenta è complementare del verde; il ciano è
complementare del rosso.
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SINTESI
ADDITIVA
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Grandezze fotometriche qualitative
Le sorgenti luminose vengono caratterizzate anche con alcuni parametri di tipo
“qualitativo”, che consentono di effettuare una giusta scelta dell’impianto di
illuminazione da installare.
Tali grandezze generalmente vengono utilizzate per caratterizzare le sorgenti di
illuminazione artificiale e sono principalmente:
• La temperatura di colore correlata (CCT), definita come la temperatura che
dovrebbe raggiungere il corpo nero (considerato sorgente ideale di luce,
emettendo energia radiante nell’intero spettro ed assorbendo totalmente l’energia
radiante che lo colpisce) per avere la stessa distribuzione spettrale della sorgente
e quindi generare luce della stesso “colore” della luce prodotta dalla sorgente in
esame.
La luce rossastra ha una bassa temperatura di colore, mentre la luce bluastra ha
un’alta temperatura di colore; di conseguenza descrive la sensazione di luce
“calda” o “fredda” prodotta dalla tonalità della luce.
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Vari esperimenti hanno dimostrato che l’apparato visivo dell’uomo percepisce come luce di
tonalità bianca la luce che ha una temperatura di colore di circa 5.500 K, corrispondente
alla luce del sole in pieno giorno. Al di sopra e al di sotto di questo valore, la tonalità è
giudicata rispettivamente fredda o calda.
La CIE (Pubblication n° 29.2 del 1986) classifica la tonalità della luce in tre gruppi:
Temperatura di colore correlata: esempi
• Cielo blu a nord:18.000 K
• Cielo azzurro: 12.000 K
• Cielo coperto da nubi: 7.500 K
• Luce del Flash (al massimo) 6.000 K
• Sole di mezzogiorno: 5.400 K
• Lampade ad incandescenza 3000 ÷ 2400
• Lampade fluorescenti 6500 ÷ 2900
• Candela: 1.900 K
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Indice di resa cromatica (Ra)
La capacità di una luce di “rendere fedelmente” i colori, si misura paragonando i colori degli
oggetti illuminati dalla luce in esame con quelli che si ottengono con una lampada campione
che riproduce l’illuminazione naturale.
Secondo la normativa CIE, vengono illuminati 14 predefiniti campioni di colori con una
sorgente di riferimento avente pari temperatura di colore e indice di resa cromatica pari a
100 e con la sorgente che si vuole caratterizzare. Mediante uno spettrofotometro si
determina oggettivamente il colore apparente dei 14 campioni e si calcola la media degli
scostamenti cromatici che si verificano nelle due letture.
Il parametro che si ottiene in questo modo è definito Indice di Resa Cromatica CRI (Color
Rendering Index). I valori elevati dell’indice indicano una buona resa del colore. Il valore
massimo è 100.
La CIE ha classificato le lampade in base alla resa cromatica definendo dei gruppi utilizzati
dai costruttori nella descrizione dei prodotti in commercio.
In ogni caso valori elevati (90-100 %) significano che la sorgente permette una percezione
dei colori corretta mentre valori di CRI inferiori all’80 % significano che la sorgente fornisce
una percezione dei colori distorta.
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Le Sorgenti Luminose artificiali.
Si dà il nome di sorgenti luminose, o sorgenti di luce, a tutti i corpi (o superfici) che
emettono energia radiante caratterizzata da lunghezze d’onda comprese entro l’intervallo
~380÷~780 nm, con intensità sufficiente per impressionare l’occhio umano.
Le sorgenti artificiali trasformano energia (generalmente) elettrica in luce e generalmente
sono costituite da due parti che ne determinano le prestazioni:
• la lampada: preposta alla conversione di energia elettrica in flusso luminoso;
• l’apparecchio illuminante: ha la funzione di distribuire tale flusso in maniera opportuna
e di proteggere la lampada stessa.
Le lampade sono di diverse tipologie:
- ad incandescenza: sfruttano l’effetto termico, ovvero il principio per cui un corpo, ad
elevata temperatura (portato appunto all’incandescenza) emette onde e.m. anche nello
spettro del visibile ;
- a scarica nei gas: la luce si produce mediante collisioni di elettroni e di ioni in un gas o
in un vapore ;
- a tecnologia LED (Light Emitting Diode – diodo ad emissione luminosa).
Le caratteristiche principali di una lampada sono:
- la temperatura di colore correlata;
- la resa cromatica;
- l'efficienza luminosa data dal rapporto fra il flusso luminoso emesso e la potenza
elettrica impegnata (lm/W);
- la durata, espressa in ore, data dal tempo di vita media (cioè del tempo nel quale il
50% delle lampade dello stesso tipo e dello stesso costruttore si rompono).
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Altri parametri caratteristici di una lampada:
• potenza di alimentazione [W]: potenza elettrica che è necessario fornire per il
funzionamento;
• tensione di alimentazione[V]: in genere intorno ai 220 V, o in alcuni case 6-12-24 V
ossia bassa tensione;
• flusso luminoso [lm]: quantità di luce erogata per unità di tempo;
• curva di decadimento è la rappresentazione grafica dell’andamento del flusso al variare
delle ore di funzionamento;
• tempo di accensione: indica il tempo necessario per la messa a regime del sistema di
emissione (lampade a scarica).
• Collegamento diretto alla rete o con ausilio di reattori, starter, ecc .
• Tempo di ripristino nel caso di brusca interruzione (es. mancanza momentanea di
corrente).
• Influenza della temperatura ambiente e delle variazioni della tensione di alimentazione
sulle condizioni di funzionamento.
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Tipologie di lampade
GLS, REFLECTOR
LED
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Apparecchi di illuminazione
Vengono suddivisi in cinque gruppi per tipi di illuminazione diretta, semi-diretta, mista, semi-indiretta,
indiretta.
-i riflettori consentono di proiettare al di fuori dell’apparecchio due fasci di luce sovrapposti, uno diretto
ed uno riflesso;
- i rifrattori si impiegano quando il solo riflettore non è
sufficiente per controllare il flusso. Consistono generalmente in
coppe o pannelli lisci da una parte e dotati di prismi conici o
piramidali sull’altra;
-i diffusori aumentano la dimensione apparente della
sorgente in modo da ridurre la luminanza della
lampada. Sono costruiti con vetro opale o plastiche
opportunamente trattate;
Un tipico esempio di
diffusore è costituito da una
sfera di vetro traslucida
posta intorno ad una sorgente
-gli schermi possono essere interni oppure esterni all’apparecchio d’illuminazione (deflettori, lamelle, nidi
d’ape, alette o altro);
- le lenti, servono a concentrare, diffondere o sagomare l’impronta luminosa e conseguentemente
modificare il solido fotometrico uscente dall’apparecchio.
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