Quina és la brillantor d’una font de llum i la brillantor d’una superfície reflectant

Per calcular la il·luminació de diverses superfícies, de vegades és molt convenient considerar les fonts de llum com a fonts puntuals. Però, en realitat, no hi ha fonts puntuals de llum, sempre tenen alguna mida específica i la seva pròpia forma. Una làmpada, un candelabre, una llum de terra, un fanal, etc. són reals, és a dir, no són fonts de llum puntuals que no es poden caracteritzar només per la potència de la llum.

Si, per exemple, considerem una bola lluminosa situada a la distància, i la comparem amb una altra bola lluminosa, exactament amb la mateixa intensitat de llum, però d’un diàmetre diferent, resulta que tot i que les boles creen la mateixa il·luminació a distàncies iguals, no obstant això per a l’observador. tenen una aparença diferent: una bola d'un diàmetre menor sembla més brillant que una bola més gran.

El motiu d’aquest fenomen és que, encara que la intensitat lluminosa de les boles és la mateixa, una d’elles té una superfície de radiació més gran i l’altra una de més petita. Això vol dir que la potència de la llum emesa des d’una zona d’unitat no és la mateixa per a aquestes fonts i, evidentment, aquest paràmetre és més gran per a una bola petita.

Però, fins i tot si comencem a considerar algun tipus de llum des d’una certa distància, llavors per a nosaltres no importarà tant l’àrea real de la superfície emissora de llum com l’àrea visible, és a dir, la seva mida en projecció sobre el pla d’observació perpendicular a la direcció de la nostra mirada.

Així, per tal que un observador pugui caracteritzar plenament una font de llum real que tingui dimensions i forma, ha de conèixer tant la intensitat de llum de la font com la magnitud de la intensitat de llum per unitat d’àrea de la superfície visible de la font.

Aquesta relació s’anomena lluminositat L de la font del conjunt, i si la intensitat de la llum és igual a I i l’àrea visible és igual a s, aleshores la brillantor de la font de llum serà igual (la intensitat de la llum es pot descriure aquí mitjançant el flux de llum i l’angle sòlid, aleshores la brillantor serà igual al flux de llum emès des de àrea d’unitat de la superfície visible de la font de llum dins d’un angle sòlid de la unitat):

En fonts de llum, la brillantor de les seves diferents seccions és diferent: en una làmpada fluorescent, les vores de la bombeta són més fosques i la flama de les espelmes és més brillant a l’entorn de la metxa, etc. La brillantor també depèn força de quin costat estiguem mirant la font.

Si, per exemple, mireu l’atzar de soldadura per casualitat, aleshores en la direcció perpendicular a la descàrrega resultarà més brillant que quan es mira el mateix arc des del costat. És a dir, la brillantor caracteritza la superfície emissora de llum en una direcció seleccionada i estrictament definida. Aquesta és una característica molt important, perquè és la nostra brillantor que respon a la brillantor (intensitat lluminosa per unitat d'àrea), i no a la intensitat lluminosa per si mateixa.

La intensitat lluminosa es mesura en candela, respectivament la brillantor en candela per metre quadrat. Una candela per metre quadrat és la brillantor que posseeix un pla lluminós, donant llum de cada metre quadrat amb una força d'1 candela (Cd) en la direcció perpendicular al pla. Per exemple, aquí teniu la brillantor aproximada d'algunes fonts de llum comunes:

En actuar sobre els nostres ulls, les fonts de llum poden ser perilloses. Si la brillantor és superior a 160.000 espelmes per metre quadrat, això causarà dolor a l’ull. Per evitar els efectes nocius de la llum brillant, la humanitat ha après diversos trucs.

Les bombetes de potents làmpades incandescents es fan opaques i de mida gran, per tal de difondre la llum, per fer-la emetre no des d’una petita zona del filament, sinó des d’una gran superfície de la bombeta o l’ombra. De manera que la brillantor es redueix a una forma segura per als ulls, i la il·luminació es manté gairebé totalment inalterada.

Si parlem de superfícies reflectants, com parets pintades, pantalles de projecció, productes decoratius, etc., presenten propietats reflectores difuses respecte a la font de llum. Això vol dir que reflecteixen parcialment l'incident de llum, i ara mateixos actuen com a fonts de llum de brillantor mitjana, però d'una àmplia zona.

Això entra a les nostres mans, ja que les fonts de llum estàndard (làmpada, làmpada, espelma, candelabre, llanterna) tenen una brillantor important, però una petita superfície. Mentrestant, la superfície il·luminada tindrà una brillantor proporcional a la seva exposició a la llum E, com que com més gran sigui el flux lluminós de la superfície reflectant, més gran serà la seva brillantor.

I la brillantor d’aquesta superfície serà proporcional a la seva albedo r (del lat. Albus - blanc) - la característica de la reflectivitat difusa de la superfície. Com més gran sigui l’albedo r, és a dir, major part del flux de llum incident dispersa per la superfície, més gran serà la brillantor d’una superfície d’aquest tipus.

Així doncs, la brillantor de la superfície il·luminada és proporcional al producte de l’albedo i la il·luminació i, en diferents direccions, la brillantor serà diferent, segons el patró de difusió de la superfície il·luminada.

Si la superfície escampa uniformement la incidència lumínica en ella, llavors la brillantor en qualsevol direcció es calcula de manera senzilla. Si el diagrama de difusió és complex, calcular la brillantor es convertirà en una tasca força complicada.

Per a una dispersió uniforme, n'hi ha prou amb fer servir la fórmula (il·luminació, luxe, brillantor, candeles per metre quadrat):

Suposem que hi ha una pantalla de projecció amb un albedo de 0,8 i la il·luminació és de 60 lux, llavors la brillantor serà de 0,8 * 60 / 3,14 = 15,3 candela per metre quadrat. A continuació es mostren exemples de superfícies molt comunes i la seva brillantor:

Mireu també amb nosaltres:

Tipus de làmpades elèctriques: quines són millors i quina diferència hi ha?

Eficiència lluminosa de diferents tipus de làmpades

Com triar una làmpada LED per energia