Qual è la luminosità di una sorgente luminosa e la luminosità di una superficie riflettente

Per calcolare l'illuminazione di varie superfici, a volte è molto conveniente considerare le sorgenti luminose come sorgenti puntiformi. Ma in realtà non ci sono fonti di luce puntiformi, hanno sempre delle dimensioni e una forma specifiche. Una lampada, un lampadario, una lampada da terra, un proiettore, ecc. Sono reali, cioè non puntano fonti di luce che non possono essere caratterizzate solo dal potere della luce.

Se, ad esempio, consideriamo una sfera luminosa situata in lontananza e la confrontiamo con un'altra sfera luminosa, con esattamente la stessa intensità di luce, ma di diametro diverso, si scopre che sebbene le sfere creino la stessa illuminazione a uguali distanze, tuttavia per l'osservatore esse sembrano diversi: una palla di diametro inferiore sembra più luminosa di una palla più grande.

La ragione di questo fenomeno è che sebbene l'intensità luminosa delle sfere sia la stessa, una ha una superficie radiante più grande e l'altra ha una superficie più piccola. Ciò significa che la potenza della luce emessa da un'area unitaria non è la stessa per queste fonti e questo parametro è ovviamente maggiore per una pallina.

Ma anche se iniziamo a considerare una sorta di sorgente luminosa da una certa distanza, per noi non importa tanto l'area effettiva della superficie che emette luce quanto l'area visibile, cioè la sua dimensione in proiezione sul piano di osservazione perpendicolare alla direzione del nostro sguardo.

Pertanto, affinché un osservatore possa caratterizzare pienamente una vera sorgente luminosa avente dimensioni e forma, deve conoscere sia l'intensità della luce della sorgente sia la quantità di luce per unità di superficie della superficie visibile della sorgente.

Questo rapporto è chiamato luminosità L della sorgente del set e se l'intensità della luce è I e l'area visibile è s, allora la luminosità della sorgente luminosa sarà uguale (l'intensità della luce può essere dipinta qui attraverso il flusso luminoso e l'angolo solido, quindi la luminosità sarà uguale al flusso luminoso emesso da area unitaria della superficie visibile della sorgente luminosa all'interno di un angolo solido unitario):

Nelle fonti luminose, la luminosità delle loro diverse sezioni è diversa: in una lampada fluorescente, i bordi del bulbo sono più scuri e la fiamma della candela è più luminosa nell'alone attorno allo stoppino, ecc. La luminosità dipende anche fortemente da quale lato stiamo guardando la fonte.

Se, ad esempio, guardi l'arco di saldatura per caso, nella direzione perpendicolare allo scarico si rivelerà più luminoso di quando guardi lo stesso arco dal lato. Cioè, la luminosità caratterizza la superficie che emette luce in una direzione selezionata, rigorosamente definita. Questa è una caratteristica molto importante, perché è la nostra luminosità che risponde alla luminosità (intensità luminosa per unità di superficie) e non all'intensità luminosa in sé.

L'intensità luminosa è misurata in candela, rispettivamente la luminosità - in candela per metro quadrato. Una candela per metro quadrato è tale luminosità che possiede un piano luminoso, che emette luce da ogni metro quadrato con una forza di 1 candela (Cd) nella direzione perpendicolare al piano. Ad esempio, ecco le luminosità approssimative di alcune comuni sorgenti luminose:

Agendo sui nostri occhi, le fonti luminose possono essere pericolose. Se la luminosità è superiore a 160.000 candele per metro quadrato, causerà dolore agli occhi. Per evitare gli effetti dannosi della luce intensa, l'umanità ha imparato vari trucchi.

Le lampadine di potenti lampade a incandescenza sono rese opache e grandi per disperdere la luce, per farla emettere non da una piccola area del filamento, ma da una grande superficie della lampadina o del paralume. Quindi la luminosità è ridotta in modo sicuro per gli occhi e l'illuminazione rimane quasi completamente invariata.

Se parliamo di superfici riflettenti, come pareti dipinte, schermi per proiezioni, prodotti decorativi, ecc., Presentano proprietà riflettenti diffuse rispetto alla sorgente luminosa. Ciò significa che riflettono parzialmente l'incidente di luce su di loro, e ora agiscono essi stessi come fonti di luce di media luminosità, ma di una vasta area.

Questo gioca nelle nostre mani, poiché le sorgenti luminose standard (lampada, lampada, candela, lampadario, lanterna) hanno una luminosità significativa, ma una piccola superficie. Nel frattempo, la superficie illuminata avrà una luminosità proporzionale alla sua esposizione alla luce E, poiché maggiore è il flusso luminoso sulla superficie riflettente, maggiore sarà la sua luminosità.

E la luminosità di questa superficie sarà proporzionale al suo albedo r (dal latino albus - bianco) - la caratteristica della riflettività diffusa della superficie. Maggiore è l'albedo r, cioè la maggior parte del flusso luminoso incidente sparso dalla superficie, maggiore è la luminosità di tale superficie.

Quindi, la luminosità della superficie illuminata è proporzionale al prodotto dell'albedo e dell'illuminazione e in diverse direzioni la luminosità sarà diversa, a seconda del modello di dispersione della superficie illuminata.

Se la superficie diffonde uniformemente l'incidente di luce su di essa, la luminosità in qualsiasi direzione viene calcolata in modo abbastanza semplice. Se il diagramma di scattering è complesso, il calcolo della luminosità si trasformerà in un compito piuttosto complicato.

Per una dispersione uniforme è sufficiente utilizzare la formula (illuminazione - in lux, luminosità - candele per metro quadrato):

Supponiamo che ci sia uno schermo di proiezione con un'albedo di 0,8 e l'illuminazione sia di 60 Lux, quindi la luminosità sarà di 0,8 * 60 / 3,14 = 15,3 candele per metro quadrato. Ecco alcuni esempi di superfici molto comuni e la loro luminosità:

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