Lo spettro elettromagnetico - Istituto Nazionale di Ottica Applicata

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Alessandro Farini: Dispense di Illuminotecnica per le scienze della visione contributo energetico. E’ necessario dedicare molta attenzione alla radiazione UV, che, avendo lunghezza d’onda minore rispetto al visibile presenta di conseguenza un contenuto energetico maggiore. 1.2 Grandezze radiometriche e fotometriche Quando si ha a che fare con una grandezza fisica da esaminare in maniera quantitativa ci si deve per prima cosa chiedere quali siano le grandezze e le metodiche di misura da poter applicare. E' esperienza comune che la radiazione luminosa trasporti energia, infatti essa è in grado di riscaldare i corpi con cui arriva in contatto, producendo un aumento dell'energia cinetica degli atomi. Considereremo ora lo studio del trasporto di questa energia da un duplice punto di vista, quello della radiometria e quello, più direttamente correlato con la visione umana, della fotometria. La radiometria è la misura della radiazione elettromagnetica avente una frequenza compresa tra i 3x10 11 fino ai 3 x10 16 Hz. Questo vuol dire prendere in considerazione la radiazione avente lunghezza d'onda compresa tra i 10 nm e i 1000 micron, appartenente alle 1 0,9 0,8 RISPOSTA FOTOPICA RISPOSTA SCOTOPICA 0,7 RISPOSTA RELATIVA 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 LUNGHEZZA D'ONDA (nm) Fig.1.2 Curve di sensibilità dell’occhio umano in visione fotopica e scotopica regioni dette dell'ultravioletto, del visibile e dell'infrarosso. La fotometria studia l’effetto della radiazione nella visione umana. Essa si occupa quindi della radiazione all'interno dell'intervallo di lunghezza d’onda compresa tra 380 e 780 nm, intervallo di sensibilità del sistema visivo. L’occhio umano non è sensibile in maniera identica alle radiazioni comprese all’interno dell’intervallo 380-780 nm: la sensibilità è molto grande nella zona del giallo-verde, mentre assume valori bassi nel blu e nel rosso. Tali valori sono rappresentati dalla funzione V(λ) (Fig.1.2) che misura l’efficienza visuale a varie lunghezze d'onda nel caso di luminosità diurna (visione fotopica). Essa è normalizzata al Istituto Nazionale di Ottica Applicata-CNR
Alessandro Farini: Dispense di Illuminotecnica per le scienze della visione massimo valore V(λ)=1 relativo alla lunghezza d'onda di 555,02 nm. Questa funzione, basata su un campione di circa 200 persone, è stata internazionalmente accettata, anche se recentemente vi è molta discussione sulla sua effettiva correttezza. Una differente funzione V’(λ) misura l’efficienza dell'occhio nel caso di un livello di luce inferiore, tipico della visione notturna. In queste condizioni (visione scotopica) il valore 1 si ha per la lunghezza d’onda di 507 nm. Lo spostamento del massimo di sensibilità, dovuto all'utilizzo, da parte dell'occhio, prima di coni e poi di bastoncelli, è denominato effetto Purkinije. I bastoncelli, che funzionano in condizioni di bassa visibilità, vedono meglio il blu di quello che fanno i coni, i quali possono vedere luce profondamente rossa, luce che per i bastoncelli appare nera. Se si hanno due pezzi di carta colorata rossa e blu, con il primo più luminoso del secondo in condizioni di buona luminosità, passando all'oscurità l'effetto si inverte. Come vedremo le grandezze radiometriche e fotometriche sono assai simili e anche i simboli usati sono talvolta uguali. Si ricorre quindi, quando possa esservi ambiguità, ad una “e” sottoscritta per le grandezze radiometriche e ad una “v” per le grandezze fotometriche. Grandezze radiometriche: misurano grandezze relative a tutte le radiazioni elettromagnetiche. Grandezze fotometriche: misurano grandezze relative alla radiazione visibile (380-780 nm) pesandole secondo la curva di sensibilità dell’occhio umano V(λ). Nel fare le misure radiometriche e fotometriche immagineremo di avere a disposizione un ricevitore integrale, da cui sia possibile ricavare l’energia assorbita dal corpo. In questo senso la prima grandezza radiometrica che possiamo definire è l'energia totale (o raggiante) Q che corrisponde all'energia che arriva complessivamente sul ricevitore e che si misura in Joule. L’equivalente grandezza fotometrica è l’energia luminosa (talvolta chiamata quantità di luce). Il flusso raggiante Φ è dato dal rapporto tra l'energia totale Q e il tempo necessario al corpo per ricevere una tale energia. Il flusso raggiante ha le dimensioni di una potenza e si misura in Watt (W). " = dQ dt L’equivalente fotometrico è il flusso luminoso che corrisponde alla luce che viene emessa da una sorgente in tutto lo spazio nell’unità di tempo (Fig.1.3). Per mettere in connessione le grandezze fotometriche e quelle ! radiometriche si definisce il lumen (lm) (unità fotometrica del flusso luminoso) in modo tale che 1 Watt di radiazione emesso a 555,02 nm produca un flusso luminoso di 683 Istituto Nazionale di Ottica Applicata-CNR
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