http://www.luminotehnica.ro/index.php/marimi-fotometrice/marimi-fotometrice

Sistemul fotometric

Pentru aprecierea fenomenelor și obiectelor din jurul său, omul a fost nevoit să inventeze mărimi și unități de măsură care definesc și caracterizează cantitativ și calitativ un fenomen sau obiect și cu ajutorul căreia să poata efectua comparați și calcule.

Până în secolul XVII fiecare savant a folosit prin moștenire propriile mărimi respectiv unități de măsură sau a inventat altele noi. Începând cu secolul XVIII au avut loc diverse întruniri ale savanților vremii și au descoperit că studiază aceleași fenomene dar le definesc fiecare după bunul plac și au hotărât să se pună de comun acord în definirea unanimă a mărimilor ce definesc aceleași fenomene sau obiecte. Astfel a apărut primul sistem de mărimi și unități de măsură acceptat de către toți oameni de știință, având la baza două mărimi (lungimea și greutatea). Din considerente de coordonare şi simplificare a diverselor relaţii matematice ce caracterizează fenomenele fizice a apărut necesar să se grupeze unităţile de măsură într-un sistem de unităţi constituit dintr-un număr restrâns de unităţi fundamentale şi din unităţi derivate definite în funcţie de unităţile fundamentale prin ecuaţii ale căror coeficienţi numerici să fie unu.

Abia în anul 1960 la a 11-a întrunire denumită “Conferinţa Generală de Măsuri şi Greutăţi (CGMG)” a fost adoptat Sistemului Internaţional de Unităţi de Măsură (SI) care are şapte unităţi fundamentale: metru pentru lungime, kilogram pentru masă, secundă pentru timp, Amper pentru intensitatea curentului electric, Kelvin pentru temperatura termodinamică, mol pentru cantitatea de substanţă, candela pentru intensitatea luminoasă, respectiv două unităţi suplimentare: radian pentru unghi și steradian pentru unghi solid.

Pentru sistemul fotometric s-a definit ca și mărime fundamentală intensitatea luminoasă și are ca unitate de măsurare candela - [cd], iar ca și mărimi derivate: fluxul luminos cu unitatea de măsură lumen [lm], iluminare cu unitatea de măsură lux [lx], luminanța cu unitatea de măsurare candela pe metru pătrat [cd/m2], intensitate energetică cu unitatea de măsurare Watt pe steradiani [W/sr], respectiv sunt utilizate și mărimi ce caracterizează lumina din punct de vedere calitativ precum eficacitatea luminoasă, temperatura de culoare, culoarea luminii și indicele de redare a culorilor.

Definerea mărimilor fotometrice

Fluxul luminos Φ [lm]

Toată puterea radiată emisă de o sursă de lumină și percepută de ochiul uman se numește flux luminos, Φ. Unitatea de măsura este lumen-ul [lm]. Puterea radiată vizibilă a unei surse de lumină nu este exprimată în Watt ci în lumeni deoarece sensibilitatea ochiului uman diferă în funcție de lungimea de undă.

Exemplu:

Fluxul luminos al unei surse incandescente de 100 [W] este de 1000 [lm].

Fluxul luminos al unei surse tip halogen metalic de 70 [W] este de 6900 [lm].

Această mărime este calculată și dată de producătorii surselor de iluminat.

Intensitatea luminoasă I [cd]

Intensitatea luminoasă I este măsura fluxului luminos Φ emis în unghiul solid Ω. O sursă de lumină emite fluxul luminos în diferite direcții (în unghi solid Ω – cu unitatea de măsură steradian [sr]) și la diferite intensități. Intensitatea radiantă vizibilă într-o anumită direcție se numește Intensitate Luminoasa, I. Unitatea de măsură a acesteia este candela [cd].

Exemple:

Intensitatea luminoasă a unei surse tip incandescent de 50 [W], alimentată la 230 [V], având o deschidere a fascicolului luminos de 10° este de 3000 [cd].

Intensitatea luminoasă a unei surse tip halogen metalic de 35 [W], având o deschidere a fascicolului luminos de 10° este de 39000 [cd].

La fel ca și Fluxul luminos și această mărime este dată de producătorii surselor și aparatelor de iluminat.

Iluminarea (Nivelul de iluminare) E [lx]

Iluminarea, E, indică gradul la care o anumită suprafață este iluminată. Aceasta reprezintă raportul dintre fluxul luminos și suprafața de iluminat. Unitatea de masură este lux [lx]. Un nivel de iluminare de 1 [lx] apare atunci când un flux luminos de 1 [lm] se distribuie uniform pe o suprafață de 1 [m2]. În practică este puțin probabil că fluxul luminos va fi atât de uniform distribuit pe toată suprafața de iluminat încât toate punctele de pe acea suprafață să aibă aceeași valoare a iluminării de 1 [lx].

Luminanța L [cd/m2]

Luminanța, L, a unei surse de lumină sau a unei suprafețe iluminate reprezintă o măsură a „cât de mult este stimulat ochiul uman și prin urmare cât de mare este impresia de strălucire creeată în mintea umană”.

Să presupunem că privim, dintr-o anumită direcție, spre o suprafață iluminată. Intensitatea luminoasă a acelei arii raportată la dimensiunea ariei respective va reprezenta pentru ochiul uman Luminanța, L măsurată în [cd/m2].

Eficacitatea luminoasă η [lm/W]

Eficacitatea luminoasă, η, indică eficiența cu care puterea electrică consumată este convertită în lumină.

Exemple:

O sursă de lumină incandescentă de 100 [W] cu un flux luminos total de 1000 [lm] are o eficacitate luminoasă de 10 [lm/W].

Un tub fluorescent T5 de 14 [W] cu un flux luminos total de 1200 [lm] are o eficacitate luminoasă de 86 [lm/W].

La data publicării acestui articol, industria LED-urilor de putere a ajuns să producă LED-uri care au eficacitate luminoasă de peste 100 [lm/W].

Temperatura de culoare Tc – Kelvin [K]

Temperatura de culoare a unei surse de luminoase este definită ca temperatura la care trebuie încălzit corpul negru pentru a emite un spectru luminos cât mai apropiat de cel al sursei de lumină. Temperatura de culoare a unei surse de lumină se poate defini și în comparație cu radiația corpului negru (Black Body Radiator) transferată pe curba Planck-iană (Planckian curve) conform figurii de mai jos. Odată cu creșterea temperaturii corpului negru radiația acestuia corp negru va crește, respectiv va crește și componenta albastră a spectrului și scade componenta roșie a spectrului.

În funcție de temperatura de culoare, culoarea aparentă a surselor de lumină se clasifică în trei categorii: a) caldă (alb-roșiatică sau alb cald => Tc < 3300 [K]); b) intermediară (alb neutru => Tc = 3300 – 5000 [K]); c) rece (alb-albăstrui sau alb rece => Tc > 5000 [K]). O sursă de lumină incandescentă având o lumină alb cald, de exemplu, are o temperatură de culoare de 2700 [K], spre deosebire de o sursă de lumină fluorescentă cu lumina albă (lumina de zi = daylight) poate avea o temperatură de culoare de 6000 [K].

Totuși, chiar dacă au aceeași temperatură de culoare a luminii, sursele de lumină pot avea diferite proprietăți de redare a culorilor, în funcție de compoziția spectrală a fiecărei surse de lumină.

Redarea culorilor

În general lumina artificială trebuie să permită ochiului uman să perceapă corect culorile, la fel cum se întâmplă cu lumina naturală de zi (bineînțeles că acest fapt depinde și de locul și scopul pentru care lumina este necesară). Aici intervine mărimea „Indicele de redare a culorilor – Ra” specific surselor de lumină. Acest indice este o măsură de corespondență între culoarea naturală a unui obiect și modul în care acesta apare iluminat de o anumită sursă de lumină. Pentru a determina valorile Ra, se iluminează 8 teste de culoare (conform DIN 6169) cu aceeași sursă de lumină. Cu cât diferențele între teste sunt mai mici, cu atât este mai bun indicele de

redare a culorii a sursei de lumină testate. O sursă de lumină având un Ra = 100 va reda culorile exact așa cum ele sunt în realitate (sub lumina naturală). Cu cât valoarea indicelui de redare a culorilor Ra este mai mică, cu atât mai rău sunt redate culorile.

În general, fiecare producător consacrat de surse de lumină, aparate și corpuri de iluminat specifică cel puțin una din valorile unităților enumerate mai sus, pentru fiecare produs.