Iluminancia

Iluminancia Llave de datos

Unidades SI	lux (lx)
Otras unidades	1 foto (ph) = 10,000 lx 1 nox = 1 mlx 1 fc ≈ 10,764 lx
Dimensión	L-2J{\ Displaystyle {\ mathsf {L}} ^ {- 2} {\ mathsf {J}}}
Base SI	cd ⋅ sr ⋅ m −2
Naturaleza	Tamaño escalar intensivo
Símbolo habitual	mi{\ Displaystyle E} o miv{\ Displaystyle E_ {vb}}
Enlace a otros tamaños	miv=DΦvDS{\ Displaystyle E_ {v} = {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {v}} {\ mathrm {d} S}}}

La iluminancia es el tamaño definido por la fotometría correspondiente a la sensación humana de la forma en que se ilumina una superficie. Para que un objeto que no produce luz por sí mismo sea visible, debe recibir luz. Cuanto más recibe, más claro y claramente visible. La fotometría define rigurosamente la luz recibida, para poder calcular esta cantidad, conociendo la intensidad luminosa de las fuentes luminosas , su distancia y su dirección.

La iluminancia es la única cantidad fotométrica directamente medible. Se evalúa mediante un transductor óptico-electrónico insertado en una celda fotoeléctrica . En el Sistema Internacional de Unidades , se expresa en lux (lx).

Definición

En fotometría , la iluminación luminosa corresponde a un flujo luminoso recibido por unidad de área . Si un elemento de superficie d S recibe un flujo elemental d Φ ,

mi=DΦDS{\ Displaystyle E = {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} S}}}.

Para tener en cuenta la sensibilidad visual humana , la radiación electromagnética que constituye la luz se pondera según la función de la eficiencia de la luz espectral .

Calculos basicos

Como consecuencia de la definición de las otras magnitudes, la iluminación de un elemento de superficie perpendicular a la dirección de una fuente de intensidad luminosa I a una distancia d de la fuente es

mi=ID2{\ Displaystyle E = {\ frac {I} {d ^ {2}}}}

De manera más general, si θ es el ángulo entre la dirección de la fuente y la perpendicular al elemento de superficie

mi=ID2⋅porque⁡θ{\ Displaystyle E = {\ frac {I} {d ^ {2}}} \ cdot \ cos \ theta}

Para calcular la iluminancia de una superficie, podemos distinguir las contribuciones de varias fuentes, evaluarlas por separado y sumarlas .

Iluminación a la luz del día:

Para predecir la iluminación de una decoración con luz diurna, agregamos la contribución de una fuente puntual, el sol, a una fuente difusa, el cielo, y posiblemente las de fuentes secundarias, como superficies blancas.

Unidades

La unidad de iluminancia en el Sistema Internacional de Unidades es el lux .

• Una fuente cuya intensidad luminosa es de 1  candela da a 1  metro una iluminación de 1 lux;
• Un flujo luminoso de 1  lumen (lm) que cubre uniformemente 1 metro cuadrado (m 2 ) proporciona una iluminación de 1 lux.

Otras unidades incluyen:

• el fot (ph) o lumen por centímetro cuadrado (1  ph = 1  lm cm −2 = 10,000 lx);
• el lumen por pie cuadrado o pie-vela (fc) (1  fc = 1  lm ft −2 ≈ 10,764 lx), unidad utilizada en el sistema imperial  ;
• el nox (1 nox = 1 mlx).

En óptica fisiológica, la iluminación lumínica de la retina se mide en trolands .

Órdenes de magnitud

La iluminación del sol en verano, de frente, es del orden de 100.000 lux. Una luna llena da 0,2 lux en el mejor de los casos.

El ojo humano es capaz de operar sobre iluminaciones repartidas en doce órdenes de magnitud: la presencia de un objeto blanco se puede discernir con "esa luz oscura que cae de las estrellas", del orden de 5 × 10 −5  lx, y viceversa todavía se puede leer un texto bajo una luz de 10 8  lx, aunque bastante dolorosa.

Una estación de trabajo cómoda recibe unos cientos de lux.

Análisis dimensional

La iluminancia luminosa en un punto es la densidad superficial del flujo luminoso que llega al punto considerado de la superficie. La distribución hemisférica de la iluminancia recibida en un elemento de superficie es la luminancia luminosa .

La iluminación solo designa la luz que llega a la superficie; la cantidad de emisión homóloga es la salida de luz .

Medido

La iluminancia es la cantidad fotométrica accesible para la medición directa. El descubrimiento, en el mismo siglo, el efecto fotoeléctrico , permitió que el XX °  siglo el desarrollo de dispositivos portátiles, que da directamente una medida de la iluminancia.

El fotómetro eléctrico o electrónico, comúnmente llamado celda fotoeléctrica , destinado a la medición de la iluminación tiene la forma de una carcasa en la que una superficie plana blanca está alineada con un elemento de superficie sobre el que se realiza la medición, y una pantalla que puede ser remoto, para evitar que el observador altere la medición.

También se podría medir la iluminación de una superficie como la irradiancia reemplazando esta última por la apertura de una esfera integradora, cuyo calentamiento interno se mide. Este es el método histórico de fotometría. En este caso, se debe aplicar un filtro óptico .

Como para todas las cantidades fotométricas, la iluminancia es la irradiancia , ponderada en frecuencias por las tablas de eficiencia luminosa espectral  :

miv=Kmetro×mimi{\ Displaystyle E_ {v} = K_ {m} \ times E_ {e}}

La Comisión Internacional de Iluminación ha definido tablas de eficiencia luminosa espectral que representan la sensibilidad del "observador de referencia". Los dispositivos de medición deben tener una sensibilidad espectral similar.

Desde mediados del XIX e  siglo , uno fabricados fotómetros que permite comparar visualmente el exitancia de una superficie con la de una superficie iluminada por una fuente tomado como referencia. La salida de la superficie de referencia se varía hasta lograr la ecualización de las luminosidades . Esta forma de proceder evita el filtro óptico o la tabulación por frecuencia, pero depende del rendimiento visual del médico, sujeto a variaciones individuales, en particular con la edad.

Aplicaciones

Fotografía

La fotometría encuentra su principal aplicación en la fotografía , el cine o la electrónica. Se fabrican fotómetros que convierten directamente el valor de la iluminancia en parámetros fotográficos, comúnmente llamado celda .

Estos dispositivos son aptos para el uso que hacen los fotógrafos. El objeto a fotografiar no es plano. Por tanto, cada una de sus partes se enfrenta a una dirección. La iluminación varía según la dirección. El fotógrafo debe encontrar un valor adecuado para todos estos elementos de la superficie.

En iluminación artificial, la superficie de medición plana se dirige hacia la fuente principal, dando el valor de la iluminación para las luces más altas, que se utilizará para determinar los ajustes. Puede apagar las otras fuentes para medir. Pero también hay que tener en cuenta la luz procedente de otras direcciones, y en lugar de tomar varias medidas y luego calcular la suma de las iluminancias, antes de convertir este resultado en parámetros de la cámara, los fotógrafos prefieren utilizar, en lugar del plano de medida, un hemisferio, comúnmente conocido como una esfera integradora.

Como el valor en lux de la iluminación interesa a los fotógrafos menos que los ajustes que se van a transferir a sus cámaras, estas cámaras suelen utilizar unidades logarítmicas ( EV o IL ), a partir de las cuales es más fácil calcular los valores de apertura y el tiempo de exposición para ajustar. dispositivos. Estas unidades prácticas solo se refieren a la iluminancia si el dispositivo de medición es un fotómetro, colocado en la luz en lugar del sujeto.

En el caso de que la celda esté en el lugar de la cámara, para calcular la iluminación del sujeto, es necesario colocar en su lugar una superficie de la que conocemos las características. Para ello se utilizan gráficos de gris neutro, que también tienen la ventaja de permitir que se ajusten las tonalidades de color .

En cine y vídeo, la cuestión se plantea de forma un poco diferente, ya que el tiempo de exposición es invariable en las tomas actuales, y nos esforzamos por mantener, cuando sea posible, la misma apertura de diafragma para mantener una regularidad entre planos . Los fotómetros destinados a este mercado suelen indicar el valor de la iluminación, además del diafragma a transferir para una sensibilidad determinada, que se deriva de ella mediante una simple operación. En iluminación artificial, decidimos la iluminación del sujeto y medimos, para cada escena, la luz principal ( keylight ) y el desbloqueo de las sombras, cuya relación da el contraste. Para estas evaluaciones, el valor de iluminancia es tan práctico como un valor EV.

Normativas

En Francia, la normativa y las recomendaciones definen la iluminación mínima de los locales de trabajo, así como los pasillos, escaleras y vías de circulación que les sirven.

Para medir la iluminación de encimeras, vendemos aparatos que dan la medida en lux, en los rangos habituales.

Dependiendo de la precisión de las tareas a realizar, la iluminación de una encimera debe estar entre 300 lux y 800 lux.

Apéndices

Bibliografía

• Jean Terrien y François Desvignes , La photométrie , París, PUF , coll.  "Que-sais-Je" ( n o  1167),1972, 1 st  ed. , 128  p..
• Yves Le Grand , Óptica fisiológica: Volumen 1, Las dioptrías del ojo y su corrección , París, Ed. De la Revue d'Optique,1964, 2 nd  ed..

Artículos relacionados

• Flujo luminoso

Notas y referencias

1. El elemento de superficie y el flujo elemental aquí significan valores lo suficientemente grandes para que se apliquen las leyes de la óptica física , y lo suficientemente pequeños como para que no haya variación en ellos. En estas condiciones, se consideran infinitesimales .
2. La iluminación luminosa de la pupila plantea problemas particulares debido a la variación en el diámetro de la pupila. Un troland corresponde al efecto de una luminancia de 1  cd m −2 visto a través de una pupila de 1  mm 2 de área.

1. Richard Taillet , Loïc Villain y Pascal Febvre , Diccionario de Física , Bruselas, De Boeck ,2013, p.  235 "primaria 2. [Matemáticas]"
2. El gran 1972 , p.  66.
3. código laboral en Légifrance
4. Legislación francesa, circular de 11 de abril de 1984; Instituto Nacional de Investigación y Seguridad (Francia), Iluminación de los lugares de trabajo - Asistencia jurídica , 2009.