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photometry (optics)

FOTOMETRÍA

La fotometría es una rama de la óptica encargada de medir diversas características relacionadas con la luz visible, tales como:

a) La intensidad luminosa de una fuente, que se refiere a la cantidad de luz que emite en una dirección determinada.

b) El flujo luminoso que emana de la fuente, representando la cantidad total de luz que se distribuye en todas las direcciones, teniendo en cuenta la sensibilidad del ojo humano.

c) La iluminación de los cuerpos, que mide la cantidad de luz que incide sobre una superficie, importante para evaluar el nivel de visibilidad en un entorno determinado.

d) La luminancia o brillo de la fuente de luz, que indica la cantidad de luz que se refleja o emite desde una superficie, percibida por el ojo humano.

e) La vergencia de los sistemas ópticos, que se refiere a la convergencia o divergencia de los rayos luminosos al pasar a través de lentes o sistemas ópticos.

Para llevar a cabo estas mediciones, es necesario comprender conceptos clave sobre magnitudes geométricas como ángulos, distancias y áreas que determinan cómo se distribuye la luz en el espacio. La fotometría no solo es crucial en la investigación óptica, sino también en aplicaciones prácticas como la iluminación, la fotografía y la visión artificial.

Ángulo plano. — El ángulo plano α o abertura entre dos semirrectas, es la razón entre el arco σ (sigma) y el radio r (ver figura ).

Cuando α es la unidad, σ (sigma) es igual al radio y se llama radián.

Ángulo sólido. — El ángulo sólido Ω (omega), o sea la abertura limitada por una superficie cónica, es la razón entre la sección esférica S y el cuadrado del radio r2 (ver figura ).

Fig. Ángulo sólido

El ángulo de todo el espacio:

Cuando Ω (omega) es la unidad, la superficie S es igual al radio al cuadrado, y se llama esterradián.

LEYES DE LA FOTOMETRÍA

Las leyes de la fotometría se basan en el concepto de la iluminación.

La iluminación de una superficie es la cantidad de luz que recibe cada metro cuadrado de dicha superficie.

Depende de:

  • la intensidad de la fuente luminosa;
  • la distancia; y
  • la inclinación de los rayos luminosos sobre la superficie iluminada.

a) La iluminación depende de la intensidad de la fuente luminosa.

Intensidad de la fuente luminosa es la cantidad de luz que irradia dicha fuente.

Dispositivo experimental. — Iluminemos una pared sucesivamente con lámparas de 25 vatios, 75, 150 y 500 vatios. La pared quedará iluminada cada vez más.

b) La iluminación depende de la distancia.

La iluminación de una superficie está en razón inversa del cuadrado de su distancia a la fuente luminosa.

Dispositivo experimental. Coloquemos una pantalla a un metro de distancia de una fuente de luz (ver figura).

Fig. — Dispositivo experimental para probar que la iluminación depende de la distancia.

Ubiquémosla luego a dos metros de distancia de la pantalla.

Llevémosla posteriormente a tres metros de distancia.

Si hemos observado cada caso en particular, habremos notado que conforme se va distanciando la pantalla, la misma queda menos iluminada.

En efecto, si en el primer caso la luz se repartía en un metro cuadrado de superficie:

en el segundo caso (2 metros de distancia) la luz se reparte en una superficie cuatro veces mayor:

en el tercer caso (3 metros de distancia) la luz se reparte en una superficie nueve veces mayor...

Por consiguiente, la iluminación será:

en el segundo caso, cuatro veces menor; en el tercero, nueve veces menor...

c) La iluminación depende de la inclinación de los rayos luminosos.

La iluminación de una superficie es proporcional al coseno del ángulo formado por el rayo luminoso y la normal a la superficie, o sea es proporcional al coseno del ángulo de incidencia (ver figura).

Dispositivo experimental. — Un haz de luz H cae normalmente sobre la pantalla A B. Ésta recibe la totalidad de la luz.

Si se hace girar dicha pantalla de un ángulo α hasta ocupar la posición A B', recibirá solamente la porción de luz H'.

Fig. . — La iluminación depende de la inclinación de los rayos luminosos.

Las iluminaciones i e i' de los flujos luminosos H y H' son proporcionales a las superficies A B y A C, respectivamente, o sea que:

pero como AB = AB';

y AC = A B' x cos α'

y que α = α' por ser lados perpendiculares,

reemplazando se tiene:

La iluminación es proporcional al coseno del ángulo de incidencia.

FÓRMULA GENERAL

Podemos resumir las tres leyes anteriores en la siguiente fórmula:

La iluminación es:

  • directamente proporcional a la intensidad de la fuente de luz;
  • inversamente proporcional al cuadrado de la distancia; y
  • directamente proporcional al coseno de incidencia. .

UNIDADES DE FOTOMETRÍA

Las unidades ópticas en el sistema MKSA (SI) son:

Magnitud Denominación Símbolo
Intensidad luminosa candela cd
Flujo luminoso lumen lm
Iluminación lux lx
Luminancia (brillo) candela/m2 cd/m2
Vergencia de los sistemas ópticos dioptria δ

UNIDAD DE INTENSIDAD DE LA LUZ

Candela (cd): Es la unidad del Sistema Internacional de Unidades (SI) para medir la intensidad luminosa. Se define como la intensidad luminosa emitida en una dirección específica por una superficie de 1/60 de cm² de platino, a la temperatura de 1,775 K, que es la temperatura de solidificación del platino.

Históricamente, la candela fue definida en términos de una bujía estándar, que representaba la luz producida por una bujía de características específicas. Sin embargo, la definición moderna de la candela ha sido refinada y ahora se basa en condiciones de temperatura y la emisión de luz de una superficie específica de platino.

El término viole en relación con platino fundente se refiere a una unidad de medida histórica utilizada para definir la intensidad luminosa. Esta unidad se utilizaba en un sistema antiguo que estaba basado en la luz emitida por una pequeña cantidad de platino fundido.

En ese contexto histórico, se definió que:

1 candela = 1/20 viole, donde el viole era una medida de intensidad luminosa que se obtenía de la luz emitida por una pequeña cantidad de platino fundido a una temperatura específica, de forma similar a cómo se usaba la bujía estándar para la definición original de la candela.

Este sistema de unidades fue reemplazado por el actual Sistema Internacional de Unidades (SI), en el cual la candela se define de manera más precisa, utilizando la luz emitida por un cuerpo negro ideal a una temperatura de 1,775 K (en lugar del platino fundido). La candela ahora es una unidad establecida científicamente para medir la intensidad luminosa.

El viole es un término obsoleto que ya no se usa, y su mención está principalmente en textos históricos relacionados con la fotometría y la medida de la luz.

A) ILUMINACIÓN

La iluminación es el fenómeno que describe la incidencia de los rayos luminosos sobre una superficie. En términos fotométricos, se refiere a la cantidad de luz que llega a una superficie determinada.

UNIDAD DE ILUMINACIÓN "E"

Lux (lx): Es la unidad de iluminación en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Un lux corresponde a la iluminación sobre una superficie que recibe un flujo luminoso de 1 lumen por metro cuadrado. El lux mide la cantidad de luz visible que incide sobre una superficie, teniendo en cuenta la sensibilidad del ojo humano.

1 lx = 1 lumen por metro cuadrado (lm/m²).

Relación histórica con la bujía: El término bujía en este contexto hace referencia a una antigua unidad de medida, pero su equivalencia con el lux no es del todo precisa. La equivalencia que mencionas "bujía = 1 lux . cm²" no corresponde a la definición moderna de lux, pero puede haber sido utilizada de manera más aproximada en sistemas históricos de medición de la luz.

  • E = iluminación, en lux.
  • I = intensidad luminosa, en bujías.
  • d = distancia del foco a la zona iluminada, en cm

LUMINANCIA

La luminancia es la medida del brillo de una fuente luminosa, específicamente la cantidad de luz que se refleja o emite desde una superficie. En términos del Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de luminancia es el candela por metro cuadrado (cd/m²). La luminancia corresponde al brillo de una superficie que emite o refleja luz, con una intensidad luminosa de 1 candela por metro cuadrado.

FLUJO LUMINOSO "f"

El flujo luminoso es la cantidad total de luz emitida por una fuente en todas las direcciones, o la cantidad de luz que incide sobre una superficie en un determinado tiempo. Es importante recordar que el flujo luminoso tiene en cuenta la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda de la luz.

Lumen (lm): Es la unidad de flujo luminoso en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Un lumen es el flujo luminoso emitido en un esterradián por una fuente puntual de luz cuya intensidad luminosa es de 1 candela. En otras palabras, un lumen es la cantidad total de luz emitida en todas las direcciones por una fuente de 1 candela, cuando se distribuye uniformemente a través de un ángulo sólido de 1 esterradián.

La relación "lúmenes = lux . m²" es correcta, ya que el lux mide la iluminación (luz incidente sobre una superficie), y al multiplicarlo por el área (en metros cuadrados), se obtiene el flujo luminoso en lúmenes.

INTENSIDAD LUMINOSA "I"

Es la cantidad de flujo emitido por un manantial por cada unidad de ángulo sólido.

  • I = intensidad luminosa, en bujías.
  • f = flujo luminoso, en lúmenes.
  • ω = ángulo sólido, en estereoradianes o radianes.

FLUJO TOTAL DE INTENSIDAD "fT"

  • fT = 4π . I
  • fT = flujo total de iluminación, en lúmenes.
  • π = en radianes.
  • I = intensidad luminosa, en bujías.

DIOPTRÍA

Dioptría (δ): Es la unidad M K S A (S I) que corresponde a la vergencia de un sistema óptico cuya distancia focal es de 1 metro, en un medio cuyo índice de refracción es 1.

Términos destacados :

  • Ángulo plano (Plane angle)
  • Ángulo sólido (Solid angle)
  • Candela (Candela)
  • Coseno (Cosine)
  • Dispositivo experimental (Experimental device)
  • Dioptría (Diopter)
  • Distancia (Distance)
  • Esterradián (Steradian)
  • Flujo luminoso (Luminous flux)
  • Fórmula general (General formula)
  • Iluminación (Illumination)
  • Intensidad de la fuente luminosa (Luminous source intensity)
  • Intensidad luminosa (Luminous intensity)
  • Inclinación (Inclination)
  • Luz visible (Visible light)
  • Lux (Lux)
  • Lumen (Lumen)
  • Magnitudes geométricas (Geometric magnitudes)
  • Radián (Radian)
  • Rayos luminosos (Luminous rays)
  • Sombra (Shadow)
  • Teoría de la fotometría (Photometry theory)
  • Unidades ópticas (Optical units)
  • Vergencia (Vergence)
  • Visión artificial (Artificial vision)
  • Ángulo de incidencia (Angle of incidence)
  • Flujo total de intensidad (Total luminous flux)
  • Foco (Focus)
  • Óptica (Optics)
  • Pantalla (Screen)
  • Radiación (Radiation)
  • Reflexión (Reflection)
  • Refracción (Refraction)
  • Sistema óptico (Optical system)
  • Visibilidad (Visibility)

 

photomicrograph (Heavy Equipment) Fotomicrografía
photon (Refrigeration and air conditioning) FOTÓN: Partícula de energía electromagnética, encontrada en la radiación solar.
physical change (Heavy Equipment) cambio físico
physical hazard (Heavy Equipment) peligro físico
physical inventory Inventario físico.
physical properties (Heavy Equipment) propiedades físicas
physical structure (Heavy Equipment) estructura física
pick and file Pico y lima vixen, herramienta y lima vixen.
pick list Lista a surtir de partes, lista a surtir de pedido.
pickling (Heavy Equipment) desoxidación
pickup (n) Captador.
pickup coil Bobina captadora.
pickup coil winding Embobinado de la bobina captadora.
pickup truck Camioneta, troca.
pickup tube Tubo captador.
pickup tube (Heavy Equipment) Tubo de toma
pierce, to Perforar.