CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Unidades de Longitud empleada en luminotecnia

LONGITUD DE ONDA: δ

Se define como la distancia recorrida por la onda en un período. Se designa por la letra griega lambda, ð. En una onda transversal se puede definir como la distancia entre dos máximos consecutivos o entre dos puntos cualesquiera que se encuentren en la misma fase. La longitud de onda se disminuye con el aumento de la frecuencia.

Este parámetro queda determinado mediante el producto de la velocidad de propagación (m/s), por el tiempo que tarda en realizar un ciclo (período en s):

δ = v x T (m / s x s =m)

FRECUENCIA:

Llamamos frecuencia a una magnitud periódica, en la que el tiempo esla variable independiente, al número de períodos que tienen lugar en la unidad de tiempo.Como el período es inverso a la frecuencia, tenemos que:

ð = (m / s x 1 / s-1 = m)

por tanto, la frecuencia es directamente proporcional a la velocidad de propagación, e inversamente proporcional a la longitud de onda

f = (s-1 = ciclos / segundo = hercios)

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN:

La velocidad de propagación depende del tipo de onda, de la elasticidad del medio y de su rigidez. Si el medio es homogéneo e isótropo, la velocidad de propagación es la misma en todas las direcciones.La ecuación fundamental que relaciona la velocidad de propagación con lalongitud y frecuencia de una onda es

v = ð x f (m x s-1 = m / s)

Ángulo sólido

El ángulo sólido es el ángulo espacial que abarca un objeto visto desde un punto dado,que se corresponde con la zona del espacio limitada por una superficie cónica. Mide el tamaño aparente de ese objeto.

La unidad del ángulo sólido en el SI es el estereorradián, cuyo símbolo es sr.

$\Omega={S\over R^2} \,$

donde:

R = radio

S = superficie de la proyección del objeto sobre la esfera es superficie de la proyección del objeto sobre la esfera es

Temperatura absoluta

La Temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto (0 K ó −273,15 °C). Se trata de uno de los principales parámetros empleados en termodinámica y mecánica estadística.
En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en kelvin, cuyo símbolo es K.^[1]

Magnitudes eléctricas y unidades

•Magnitud es una propiedad medible de un objeto o suceso.

Las magnitudes más frecuentemente utilizadas para medir conceptos relacionados con la corriente eléctrica en circuitos eléctricos y electrónicos son:

El ohmio se define como una resistencia entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 voltio , aplicada a estos puntos, produce en el conductor una corriente de 1 amperio , el conductor no sea el asiento de una fuerza electromotriz

El vatio : (en inglés: watt; símbolo: W)es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades.Es el equivalente a 1 julio sobre segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en electricidad, un vatio es la potencia eléctrica producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 Voltio-Amperio).

unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química.

El voltio
El voltio o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje.
Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química.

El amperio o ampere
(símbolo A), es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor de André-Marie Ampère.

Potencia de Corriente Alterna

Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces
o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.

Se obtiene así para la potencia un valor constante,

$V I \cos(\phi) \,\!$

Luz

Se llama luz (del latín lux, lucis) a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano.
En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible.

Naturaleza de la luz

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica:

Radiación

El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

Caracteristica de la Radiacion Luminosa

La cantidad de energia de una radiación electromagnética es proporcional a su frecuencia. Las radiaciónes emitidas a frecuencias altas (longitudes de onda cortas) poseen la mayor cantidad de energía. Un ejemplo de ello son las radiaciones gamma y los Rayos X, con longitudes de onda menores de 10 -9(<1 nm).
Por el contrario la radiaciones con frecuencias mas bajas (longitudes de onda mas largas) tales como las emitidas por los radares y las ondas de radio (con longitudes de onda mayores de 1 mm) poseen menor cantidad de energia.

Magnitudes y unidades luminosa
Generalidades

La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una forma de energía.
Si la energía se mide en joules (J) en el Sistema Internacional, para qué necesitamos nuevas unidades. La razón es más simple de lo que parece.
No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y produce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, por ejemplo, una bombilla se convierte en luz.
Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas magnitudes: el flujo luminoso, la intensidad luminosa, la iluminancia, la luminancia, el rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz.

Flujo luminoso
Se define como la potencia (W) emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible.
Su símbolo es

y su unidad es el lumen (lm).

A la relación entre watts y lúmenes se le llama equivalente luminoso de la energía y equivale a:

1 watt-luz a 555 nm = 683 lm

Flujo luminoso

Unidad:	Símbolo:
lumen (lm)	Φ

Intensidad luminosa

Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta. Su símbolo es I y su unidad la candela (cd).

Intensidad luminosa

Símbolo: I

Unidad: candela (cd)

Iluminancia

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie.
Su símbolo es E y su unidad el lux (lx) que es un lm/m².

Objeto cercano y lejano.

Iluminancia

Símbolo: E

Unidad: lux (lx)

Existe también otra unidad, el foot-candle (fc), utilizada en países de habla inglesa cuya relación con el lux es:

1fc = 10 lx
1 lx = 0.1 fc

En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco al objeto iluminado. Es algo similar a lo que ocurre cuando oímos alejarse a un coche; al principio se oye alto y claro, pero después va disminuyendo hasta perderse.

Lo que ocurre con la iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad luminosa (I) y la distancia a la fuente. Esta ley solo es válida si la dirección del rayo de luz incidente es perpendicular a la superficie.

Ley inversa

de los

cuadrados

¿Qué ocurre si el rayo no es perpendicular? En este caso hay que descomponer la iluminancia recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie

A la componente horizontal de la iluminancia (E_H) se le conoce como la ley del coseno. Es fácil ver que si

= 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados. Si expresamos E_H y E_V en función de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda

En general, si un punto está iluminado por más de una lámpara su iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

Luminancia

Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada.
Su símbolo es L y su unidad es la cd/m².
También es posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cd/cm²) o el nit (1 nt = 1 cd/m²).

Luminancia

Símbolo: L

Unidad: cd/m²

Luminancia

Es importante destacar que sólo vemos luminancias, no iluminancias.

RELACION ENTRE CONCEPTOS

La relación entre conceptos es clara si imaginamos que, en el centro de una esfera de radio

R = 1m. hay un foco o fuente de luz en forma de punto, de modo que la superficie esférica interior está iluminada uniformemente.

Si esta fuente de luz tiene una intensidad luminosa en todas las direcciones de 1 candela, un ángulo sólido de 1 estereoradian, transmitirá un flujo luminoso de 1 lumen, por lo que el área de la superficie esférica delimitada por el ángulo sólido de 1m2 tendrá una iluminación de 1 lux. La luminiscencia de una superficie reflectora depende de la iluminación y del factor de reflexión de la mencionada superficie.

Ley de Beer-Lambert

También conocida como ley de Beer o ley de Beer-Lambert-Bouguer relaciona la intensidad de luz entrante en un medio con la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca absorción. La relación entre ambas intensidades puede expresarse a través de la siguiente relación:

${I_{1}\over I_{0}} = e^{-\alpha l c} = e^{-A}$

Donde:

$I_1, I_0\,$ , son las intensidades saliente y entrante respectivamente.

$A=\alpha lc\,$ , es la absorbancia, que puede calcularse también como:

$A = -\ln\frac{I_1}{I_0}$

$l\,$ es la longitud atravesada por la luz en el medio,

$c\,$ es la concentración del absorbente en el medio.

$\alpha= \frac{4 \pi \ k_\lambda}{\lambda}$

es el coeficiente de absorción:

$\lambda\,$ es la longitud de onda de la luz absorbida.

$k_\lambda\,$ es el coeficiente de extinción.

Leyes fundamentales

Ley del coseno:

Tanto si la dirección de iluminación es perpendicular a la superficie como si no, la iluminación recibida es:

Si la superficie fuera normal (S') a la intensidad sería :

y la relación entre S y S' es:

Sustituyendo en la primera expresión nos queda:

Para la componente vertical el razonamiento es análogo:

Si queremos expresar E_H y E_V en función de h solo hay que hacer el cambio:

y queda:

Ley de la inversa de los cuadrados

Supongamos que tenemos una fuente luminosa puntual homogénea de I candelas en cualquier dirección que ilumina una superficie (ds) situada a una distancia r. Por lo que sabemos la iluminancia sobre dicha superficie será:

Por otra lado la expresión de la intensidad es:

Si la fuente es puntual, la distribución de intensidad luminosa será esférica en dirección radial.

Si tomamos un elemento de superficie (ds) situado sobre una esfera de radio r, con r muy grande en comparación con ds, podemos considerarlo como una superficie plana perpendicular al radio.

Por la definición de ángulo sólido subtenido por ds:

Sustituyendo se obtiene finalmente:

Reflexión

es un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está regida por la ley de la reflexión. La dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo de superficie. Si es una superficie brillante o pulida se produce la reflexión regular en que toda la luz sale en una única dirección. Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexión difusa. Y, por último, está el caso intermedio, reflexión mixta, en que predomina una dirección sobre las demás. Esto se da en superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.

Refracción

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja.

El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de velocidad, ya que la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido. La ley de Snell relaciona el cambio de ángulo con el cambio de velocidad por medio de los índices de refracción de los medios.

Absorción (óptica)

En física, la absorción de la radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser absorbida, puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía, como calor o energía eléctrica.

En general, todos los materiales absorben en algún rango de frecuencias. Aquellos que absorben en todo el rango de la luz visible son llamados materiales opacos, mientras que si dejan pasar dicho rango de frecuencias se les llama transparentes. Es precisamente este proceso de absorción y posterior reemisión de la luz visible lo que da color a la materia.

La transmisión

se puede considerar una doble refracción. Si pensamos en un cristal; la luz sufre una primera refracción al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a refractarse al pasar de nuevo al aire. Si después de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria se dice que la transmisión es regular como pasa en los vidrios transparentes. Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisión difusa que es lo que pasa en los vidrios translúcidos. Y si predomina una dirección sobre las demás tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgánicos o en los cristales de superficie labrada.

Difusión de la luz
Fenómeno óptico que consiste en la distribución de la luz en todas las direcciones cuando se refleja en superficies irregulares o sin pulimentar.
Cuando, por ejemplo, un rayo de sol penetra en una habitación en la que hay partículas de polvo en suspensión, la luz es desviada en todas direcciones o se hace difusa. Lo mismo sucede si se ilumina un folio de papel blanco.

El espectro electromagnético

La luz forma parte del espectro electromagnético que comprende tipos de ondas tan dispares como los rayos cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende un intervalo definido por una magnitud característica que puede ser la longitud de onda (