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La luce - Light

Parametri misurati dal nostri strumenti.

 

Il Lumen ( in sigla lm)  è l’unità di misura del flusso luminoso. Equivale al flusso luminoso rilevabile in un angolo solido di 1 steradiante emesso in tutte le direzioni da una sorgente con intensità luminosa di una candela.

La Candela (simbolo cd ) è una delle sette unità di misura base del Sistema Internazionale di unità di misura. Una candela è definita pari all’intensità luminosa di una sorgente emettente una radiazione monocromatica di frequenza pari a 540x1012  hertz e che ha intensità radiante di 1/683 di watt per steradiante.

Il Lux ( simbolo lx ) è l’unità di misura per l’illuminamento del Sistema Internazionale. Un lux è pari ad un lumen per metro quadrato.

Alcuni dati di illuminamento per dare un’idea di quanto vale un lux:

. la luce del sole mediamente varia tra i 32.000lx ed i 100.000lx.

. sotto i riflettori degli studi televisivi si hanno circa 1000lx

. in un ufficio luminoso si hanno circa 400lx

. la luce della luna è pari circa ad 1lx

Lux e lumen sono due diverse misure del flusso luminoso, ma mentre il lumen è una misura assoluta della “ quantità di luce “, il lux è una misura relativa ad un’area. Così 1 lumen su un’area di 1 metro quadrato corrisponde ad un lux, mentre lo stesso lumen concentrato in 1 cm.quadrato corrisponde a 10.000 lux.

Il Watt, simbolo W, è l’unità di misura della potenza nel Sistema Internazionale, ed è equivalente ad 1 Volt  x Ampere.

Il Wattora ( sigla W/h) , ed i relativi multipli, è una misura di energia  ( potenza x tempo ). Corrisponde all’energia prodotta da una potenza di un watt per un’ora.

Il Fattore di Potenza  ( cosfì ), nei carichi lineari, è il coseno dell'angolo φ di sfasamento tra la corrente e la tensione in un sistema elettrico in corrente alternata Un cosφ di valore unitario significa che la potenza apparente corrisponde alla potenza attiva e la potenza reattiva è nulla. Poiché la potenza reattiva è sempre indesiderata, un valore di cosφ è tanto più indesiderato quanto più si discosta da uno.

La Temperatura di colore, sigla K, di una data radiazione luminosa è la temperatura che dovrebbe avere un corpo nero affinché la radiazione luminosa emessa da quest'ultimo appaia cromaticamente la più vicina possibile alla radiazione considerata.

Una temperatura bassa - sempre nell' incandescenza, intorno ai 2.000 K) - corrisponde a un colore arancione. Scendendo si passa gradualmente al rosso e all' infrarosso, non più visibile, mentre salendo di qualche migliaio di kelvin la luce si fa prima bianca, quindi azzurra, violetta e ultravioletta. Quando si dice che una luce è calda, questa corrisponde a una temperatura di colore bassa, viceversa una temperatura maggiore produce una luce definita fredda. Tale definizione ha una motivazione psicologica, poiché la nostra mente tende ad associare a colori come il rosso o il giallo-arancio l'idea di caldo e a colori come il bianco o l'azzurro l'idea di freddo.

Il kelvin è definito come 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua. Per "temperatura termodinamica" si intende la differenza fra la temperatura indicata (quella del punto triplo dell'acqua: 0,01 °C) e quella dello zero assoluto (-273,15 °C). Lo zero della scala kelvin è infatti lo zero assoluto.

Con questa definizione il kelvin è stato adottato nel 1954 dalla 10ª Conférence générale des poids et mesures come unità di temperatura del Sistema internazionale (SI).

Prende il nome dal fisico e ingegnere irlandese William Thomson, nominato barone con il nome di Lord Kelvin. Egli propose per primo questa definizione nel 1868, partendo dalla considerazione termodinamica che esiste una temperatura minima assoluta, lo zero assoluto. Per praticità è stata però mantenuta invariata, rispetto alla preesistente scala Celsius, la dimensione di una unità (1 K = 1 °C): in questo modo le differenze di temperatura nelle scale Celsius e kelvin sono numericamente uguali.

 

Parameters measured by our instruments

The lumen ( abbreviated lm ) is the unit of measurement of luminous flux . Equivalent to the luminous flux detectable in a solid angle of one steradian emitted in all directions from a source with a luminous intensity of a candle .

The Candle (symbol cd ) is one of the seven base units of the International System of Units . A candle is defined equal to the luminous intensity of a source emitting a monochromatic radiation of frequency equal to 540x1012 hertz and that has a radiant intensity is 1/ 683 of watts per steradian .

The Lux ( lx symbol ) is the unit of measure for illuminance of the International System . One lux is equal to one lumen per square meter.

Some data illuminance to give you an idea of how much is a lux :

. sunlight on average varies between 32.000lx and 100.000lx .

. in the spotlight of television studios you have about 1000LX

. in a bright office you have about 400lx

. the light of the moon is approximately equal to 1LX

Lux and lumens are two different measures of luminous flux , but while the lumen is an absolute measure of the "quantity of light" , the lux is a measure relating to an area. So one lumen over an area of 1 square meter corresponds to a lux , while the same lumens concentrated in 1 cm.quadrato corresponds to 10,000 lux .

The Watt ( W symbol ) is the unit of measurement of power in the International System , and is equivalent to 1 Volt x Amps.

The watt-hour ( symbol W / h ) , and its multiple , is a measure of energy ( power x time ) . Corresponds to the energy produced by a power of one watt for one hour.

The power factor ( PF ) , in the linear loads , is the cosine of the angle φ of the phase shift between current and voltage in an electrical system in alternating current . A power factor of the unit value means that the apparent power corresponds to the active power and reactive power is zero. Since the reactive power is always undesirable , a value of power factor is the more undesirable as it deviates from one .

The color of temperature ( symbol K ) of a given light radiation is that the temperature should have a black body so that the light radiation emitted by the latter appears chromatically the nearest possible to the radiation considered .

A low temperature - always in the ' glow , around 2,000 K) - corresponds to an orange color . Going it gradually changes to red and to ' infrared , no longer visible, while climbing a few thousand kelvin light becomes first white , then blue , violet and ultraviolet light. When it is said that a light is warm , this corresponds to a low color temperature , conversely a higher temperature produces a defined light cold . This definition has a psychological motivation , because our mind tends to associate with colors such as red or orange-yellow , and the idea of warm colors such as white or blue the idea of cold.

The kelvin is defined as 1/273 , 16 of the thermodynamic temperature of the triple point of water . For " thermodynamic temperature " means the difference between the temperature indicated (that of the triple point of water : 0.01 ° C ) and the absolute zero ( -273.15 ° C). The zero of the Kelvin scale is in fact absolute zero.

With this definition of the kelvin was adopted in 1954 by the 10th Conférence générale des poids et mesures such as temperature units of the International System (SI) .

Named after the Irish physicist and engineer William Thomson , baron named with the name of Lord Kelvin. He first proposed this definition in 1868 , starting from the consideration that there is a thermodynamic minimum absolute temperature , absolute zero. For convenience , however, was kept unchanged , compared to the existing Celsius scale , the size of a unit ( 1 K = 1 ° C ) : in this way the temperature differences in the scales Celsius and kelvin are numerically equal.

La visione cromatica

È affidata all’assorbimento della luce da parte dei tre tipi di pigmento dei coni, il rosso (R), il verde (G, “green”) e il blu (B). I tre tipi di coni hanno una diversa risposta allo stimolo luminoso, come mostrato nella figura, in cui la luce emessa è “bianca” (W, “white”), cioè ha la stessa intensità a tutte le lunghezze d’onda. La risposta di ogni tipo di cono è proporzionale all’intensità della luce che lo colpisce solo entro certi limiti: c’è un limite inferiore, al di sotto del quale il cono non è più sensibile (soglia di sensibilità)  che non è la stessa per i tre tipi (il blu ha la soglia più bassa) e c’è un limite superiore ( soglia di saturazioneal di sopra della quale la risposta è sempre la stessa.

La prima legge di Grassmann (1853)

- Legge HSB: l’occhio umano è in grado di percepire solo tre attributi della luce: la cromaticità (hue), la saturazione (saturation) e la luminosità (brightness). Il colore è la risultante di questi tre attributi.

- Una luce percepita come avente un certo colore (es. giallo) può effettivamente corrispondere a una luce monocromatica emessa a quella lunghezza d’onda o a una sovrapposizione con opportune intensità di emissioni a diverse lunghezze d’onda.

- Sovrapponendo tre colori primari di opportune intensità (Rosso, verde (Green) e Blu, RGB) è possibile riprodurre qualunque sensazione di colore percepita dall’occhio.

 La seconda legge di Grassmann

In un diagramma cromatico il punto corrispondente a un colore ottenibile da una sovrapposizione di due altri colori di opportune intensità giace sulla retta congiungente i due punti che rappresentano il colore corrispondente.

Esempio: il colore F ha xF=0,38, yF=0,44 (e quindi zF=1-0,38-0,44=0,18) ed è ottenibile dalla sovrapposizione dei colori A che ha xA=0,05, yA=0,6 e P che ha xP=0,43, yP=0,38; infatti: (xF - xA ) : (xP - xF ) = ( yF - yA ) : ( yP - yF ) Þ 0,33 : 0,05 = (-0,42) : (-0,06) Oppure F è ottenibile dalla sovrapposizione dei colori A’ che ha xA’=0,2, yA’=0,7 e P’ che ha xP’=0,58, yP’=0,16, oppure ancora di altri colori sommabili in modo analogo.

Come si legge il diagramma cromatico CIE: alcuni esempi

- con y=0, si ha un solo valore di x possibile, pari a circa 0,18 (e quindi z=0,82) che dà la stessa sensazione visiva di un blu di 430 nm;

- con y fra 0,1 e 0,2 e x fra 0,4 e 0,5 (e quindi z fra 0,3 e 0,5) si percepisce un colore “magenta”;

- con y minore di 0,1 e x maggiore di 0,4 i colori non sono percepibili all’occhio umano,

- il triangolo che ha i vertici nei punti RGB è il massimo “triangolo cromatico” ottenibile con tre sorgenti che inviano luce alle tre lunghezze d’onda indicate: con queste sorgenti si possono riprodurre solo i colori che cadono all’interno del triangolo.

Come è stato costruito

Il punto W al centro del diagramma (coordinate x=0,33, y=0,33, z=0,33) è il bianco (“white”) o punto acromatico, cioè senza colore. Il modo più sicuro per ottenere un colore bianco è fare in modo che tutti e tre i componenti primari saturino, mandando una luce molto intensa. La tinta di un punto P si ottiene congiungendo P al punto W e prolungando il segmento fino alla curva dei colori spettrali. Il punto D che sta sull’intersezione è il colore dominante, nel senso che P è una miscela più o meno carica di bianco e del colore di D. In D si ha la saturazione della tinta. L’intersezione C dal lato opposto di B è il colore complementare, cioè il colore che si ottiene togliendo dal bianco il colore avente lunghezza d’onda D. Il colore nero si ottiene quando si è al di sotto della soglia di sensibilità di tutti e tre i tipi di coni, per cui non si registra nessuno stimolo. Fra il bianco e il nero ci sono diversi toni di grigio, in cui si supera la soglia di sensibilità dei coni, pur mantenendo la stessa miscela eguale delle tre componenti. Anche i colori possono avere un loro tono, che si ottiene valutando a quale “tono di grigio” corrisponde l’intensità di luce dei colori componenti.

 

The color vision

It is assigned to the absorption of light by the three types of cone pigment , red (R ), green (G, "green " ), and blue (B). The three types of cones have a different response to the light stimulus , as shown in the figure , in which the emitted light is " white " ( W , "white "), that has the same intensity at all wavelengths. The response of each type of cone is proportional to the intensity of the light that hits it only within certain limits : there is a lower limit , below which the cone is not more sensitive ( sensitivity threshold ) that is not the same for the three types ( blue has the lowest threshold ) and there is an upper limit ( threshold of saturation) above which the response is always the same .

The first law of Grassmann (1853 )

- HSB Law : the human eye is able to perceive only three attributes of light: the chromaticity (hue ) , saturation ( saturation ) and luminance ( brightness) . The color is the result of these three attributes .

- A light perceived as having a certain color (eg yellow) can actually correspond to a monochromatic light emitted at that wavelength or an overlap with appropriate emission intensity at different wavelengths .

- Overlaying the three primary colors of appropriate intensity (red , green ( Green ), and Blue, RGB) , you can play any color sensation perceived by the eye.

 The second law of Grassmann

In a chromaticity diagram the point corresponding to a color obtained from a superposition of two other colors of appropriate intensity lies on the straight line joining the two points that represent the corresponding color.

Example: The color has F = 0.38 xF , yF = 0.44 (and hence zF = 1-0,38-0,44 = 0.18) and is obtainable from the  color overlay that xA = 0.05 , yA = 0.6 and P = 0.43 that xP , yP = 0.38 ; fact : ( xF - xA ) : ( xP - xF ) = ( yF - yA ) : ( yP - yF ) Þ 0.33 : 0.05 = ( -0.42 ) ( -0.06 ) Or F is obtained by the superposition of colors A ' which xA ' = 0.2 , yA ' = 0.7 and P ' which xP ' = 0.58 , yP ' = 0.16 , or even of other colors summed in a similar manner.

How you can read the CIE chromaticity diagram : some examples

- With y = 0 , there is only one possible value of x , equal to about 0.18 (and therefore z = 0.82 ), which gives the same

visual sensation of a blue 430 nm ;

- Y between 0.1 and 0.2 between 0.4 and 0.5 ex (and therefore z between 0.3 and 0.5) we perceive a color " magenta " ;

- Y less than 0.1, greater than 0.4 under the colors are not perceptible to the human eye ,

- The triangle that has vertices at the points is the maximum RGB " color triangle " obtained with three sources that send light at three wavelengths indicated : with these sources can be play only colors that fall inside the triangle.

As it has been built

The point W at the center of the diagram ( coordinates x = 0.33 , y = 0.33 , z = 0.33) is white ( " white" ) or achromatic point , ie without color. The surest way to get a white color is to make sure that all three of the primary components saturate , sending a very bright light. The color of a point P is obtained by joining P to the point W and extending the segment until the

curve of the spectral colors . The point D is the intersection that is the dominant color in the sense that P is a mixture of more or less charge and white color of D. In D we have the saturation of the hue . The intersection C from the opposite side of B is the complementary color, the color that is obtained by removing from the white color having a wavelength D.

The black color is obtained when it is below the threshold of sensitivity of all three types of cones , for which there is recorded no stimulation . Between the white and the black there are many shades of gray , which exceeds the threshold of sensitivity of the cones , while maintaining the same equal mixture of the three components . Even the colors can have their tone, which is obtained by evaluating what " shade of gray " is the light intensity of the color components.

 

Valigette di test e spettroradiometro