La vista umana dipende dalla luce. La luce viene riflessa dalle superfici negli occhi, passando attraverso la cornea e la pupilla per formare un'immagine sulla retina. L'occhio è sensibile a un'ampia gamma di intensità luminose, ma a livelli bassi perde la capacità di distinguere i dettagli. Ecco perché lavori di precisione come interventi chirurgici, misurazioni o assemblaggi vengono eseguiti al meglio sotto una luce intensa. Lavorare in condizioni di scarsa illuminazione causa affaticamento ed errori. Gli incidenti industriali sono più frequenti quando i livelli di luce sono bassi. Inoltre, una buona illuminazione determina la capacità delle persone di osservare uno spettacolo e scattare fotografie di qualità. Per aiutare a comprendere la misurazione dell'intensità luminosa, questo white paper di OMEGA Engineering affronta i seguenti argomenti:
- Che cos'è la luce?
- Come si misura la luce?
- Situazioni che richiedono la misurazione della luce
- Tecnologia di Misura della luce
- Apparecchiature di misurazione della luce
Che cos'è la luce?
La luce è una forma di energia elettromagnetica che viaggia nello spazio sotto forma di onda. Come le microonde e i raggi X, queste onde hanno una lunghezza d'onda e una frequenza. La differenza è che gli esseri umani possiedono recettori in grado di percepire l'energia con lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nm e di trasformarla in immagini.
Le singole lunghezze d'onda corrispondono a colori distinti. La luce con una lunghezza d'onda di circa 420 nm viene percepita come Blu, quella con una lunghezza d'onda di 525 nm come Verde e quella con una lunghezza d'onda di 635 nm come Rossa. Le lunghezze d'onda più lunghe sono denominate infrarosse (percepite come calore), mentre quelle più corte sono ultraviolette e poi raggi X.
Le sorgenti luminose basate sul calore (sorgenti "incandescenti") irradiano energia elettromagnetica su tutte le lunghezze d'onda, motivo per cui appaiono bianche. L'effettiva distribuzione delle lunghezze d'onda all'interno di quella luce dipende dalla temperatura della sorgente. Le luci fluorescenti appaiono bianche solo come risultato della fluorescenza di un rivestimento sul vetro o sul tubo e i LED emettono luce solo a una lunghezza d'onda specifica.
Come viene misurata la luce?
Una sorgente luminosa, come il filamento di una lampadina a incandescenza, emette luce in tutte le direzioni. In effetti, si trova al centro di una sfera di luce irradiata (motivo per cui le unità di misura della luce fanno riferimento allo steradiante). L'energia totale di tutta la luce emessa è denominata "flusso luminoso".
L'unità fondamentale di luce è la candela, nominalmente la luce emessa da una candela o, più precisamente, "una sorgente che emette radiazione monocromatica di frequenza 540 x 1012 hertz e che ha un'intensità radiante in quella direzione di 1/683 watt per steradiante."
Una candela per steradiante è definita lumen, che è la misura dell'intensità luminosa più familiare alle persone. Tuttavia, ciò che conta di più in termini di misurazione dell'intensità luminosa è il numero di lumen che cadono su una superficie, espresso in lux. Quindi un lux è un lumen per metro quadrato, che mette in relazione la luminosità con la distanza dalla fonte. (Negli Stati Uniti è comune esprimere l'intensità luminosa in unità di foot-candle. Un foot-candle equivale a un lumen per piede quadrato).
Riassumendo, mentre l'emissione luminosa è espressa in lumen, l'intensità luminosa è misurata in termini di lumen per metro quadrato o lux.
Situazioni che richiedono la misurazione della luce
Studio fotografico I motivi principali per la misurazione dell'intensità luminosa sono garantire il rispetto degli standard minimi di illuminazione e determinare i tempi di esposizione appropriati nella fotografia e nella cinematografia. Di seguito sono riportate quattro situazioni comunemente riscontrate.
1. Ergonomia e sicurezza
In molti ambienti sono raccomandati livelli minimi di illuminazione. Mentre alcuni, come l'edilizia e i cantieri navali, hanno requisiti OSHA molto specifici, per le applicazioni industriali generali l'OSHA fa riferimento allo standard ANSI/IESNA RP-7-2001, "Practice for Industrial Lighting" (Pratica per l'illuminazione industriale). Questo definisce l'intensità minima richiesta per eseguire in modo sicuro e accurato una serie di compiti.
In alcune organizzazioni l'intensità luminosa viene misurata solo in modo reattivo, in genere dopo una caduta o un altro incidente. Un approccio più prudente consiste nell'effettuare un'indagine sull'illuminazione, documentando i livelli di luce in tutto il luogo di lavoro. Se si riscontrano aree al di sotto dei livelli minimi accettabili, è possibile attuare un piano di miglioramento.
2. Fotografia e cinematografia
L'intensità luminosa è fondamentale nella fotografia. La scarsa illuminazione costringe il fotografo ad aumentare il tempo di esposizione o ad aprire l'apertura dell'obiettivo, e talvolta entrambe le cose. Sebbene molte fotocamere moderne dispongano di un misuratore di illuminamento integrato, è comunque vantaggioso conoscere i livelli di luce intorno al soggetto, soprattutto per la fotografia in studio o ritrattistica.
Conoscere i livelli di luce aiuta anche a garantire la riproducibilità di uno scatto, aspetto importante nella cinematografia. Misurando i livelli di luce, un cameraman può ottenere risultati coerenti, garantendo la continuità.
3. Monitoraggio meteorologico
Sebbene molti misuratori di illuminamento siano configurati per la luce incandescente, sono comunque utili per fornire confronti all'aperto. Un misuratore di illuminamento potrebbe, ad esempio, produrre registrazioni che mostrano la differenza di intensità tra il solstizio d'estate e quello d'inverno. La mappatura delle intensità luminose in un'area destinata agli impianti solari potrebbe aiutare a determinare la posizione ottimale per ciascun pannello. Chi si occupa di Agricoltura potrebbe trarre vantaggio dall'identificazione delle aree a minore intensità luminosa all'interno di una serra.
4. Scenografia teatrale e interior design
Le differenze di intensità luminosa sono un modo efficace per dirigere l'attenzione del pubblico. Uno scenografo potrebbe voler mettere in ombra un particolare oggetto di scena o attore in una scena e metterlo in risalto in quella successiva. Allo stesso modo, un interior designer utilizzerà le differenze di intensità per creare un look and feel particolare. Stabilire i livelli di luce aiuta anche a garantire la riproducibilità di un look and feel particolare, oltre a confermare che vi sia luce sufficiente affinché il pubblico possa vedere i lineamenti degli attori.
Tecnologia di Misura della luce
La luce colpisce un sensore dove l'energia dei fotoni viene convertita in carica elettrica. Maggiore è la quantità di luce che colpisce la superficie, maggiore è la carica accumulata. In termini generali, le due grandezze sono correlate. Una calibrazione nell'elettronica di misurazione converte la corrente o la tensione in un valore lux.
A complicare le cose, l'occhio umano non è ugualmente sensibile a tutte le lunghezze d'onda della luce e ha una maggiore sensibilità al verde. Pertanto, se su un misuratore cadono intensità uguali di luce blu e verde, mentre il valore lux grezzo potrebbe essere lo stesso, l'osservatore umano percepirebbe più luce verde. Per ovviare a questo problema, i luxmetri sono correttamente configurati per rilevare la luce con la distribuzione spettrale dell'illuminazione domestica a filamento di tungsteno. Questo è definito come illuminante standard CIE A e regola la misurazione dell'intensità grezza per correlare meglio la percezione umana della luminosità. L'illuminante standard CIE A è raccomandato per l'uso in tutte le applicazioni che prevedono l'uso di illuminazione a incandescenza.
Misuratori di illuminamento
Ambiente di lavoro interno I robusti misuratori ambientali portatili per la misurazione di RPM e luce sono progettati come strumenti portatili di facile utilizzo per misurare l'intensità luminosa. Basati sullo standard CIE Illuminante A, queste unità sono ideali per l'uso in aree con illuminazione a incandescenza e forniscono una lettura con un errore minimo in presenza di illuminazione fluorescente, con un range di misurazione compreso tra 1 e 200.000 lux (da 0 a 18.580 foot candle). Questi strumenti sono ideali per chiunque abbia bisogno di verificare i livelli di luce in ambienti di lavoro interni, per la fotografia, la scenografia teatrale, l'interior design e la cinematografia. È possibile utilizzarli all'aperto dove sono sufficienti valori o rapporti comparativi, ma non devono essere considerati affidabili per valori di intensità accurati a causa della loro calibrazione CIE.
These instruments are ideal for anyone needing to verify light levels in indoor work environments, for photography, theater set design, interior design and cinematography. It can be used outdoors where comparative values or ratios are sufficient but should not be relied upon for accurate intensity values owing to its CIE calibration.
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