Flujo luminoso

Flujo luminoso Llave de datos

Unidades SI	lumen (lm)
Dimensión	J
Base SI	cd ⋅ sr
Naturaleza	Tamaño escalar conservador extenso
Símbolo habitual	${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {vb}}}$ , $\ Phi$
Enlace a otros tamaños	${\ Displaystyle \ Phi _ {v} = K _ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, V (\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda.}$ ${\ Displaystyle \ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {v}}}$ = ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {vb}}}$ ${\ Displaystyle {\ mathrm {d} \ Omega}}$

El flujo luminoso es la cantidad fotométrica que caracteriza la potencia luminosa de una fuente, tal como la percibe el ojo humano. El flujo luminoso es el flujo radiante , es decir la potencia electromagnética irradiada , ponderada por la sensibilidad del ojo humano, normalizada por la función de eficacia luminosa espectral , a distintas longitudes de onda.

De hecho, la radiación electromagnética monocromática produce una sensación visual de intensidad muy variable según la longitud de onda, y una sensación nula fuera del espectro visible . Las radiaciones invisibles para el ojo humano, como la infrarroja y la ultravioleta , que, sin embargo, pueden acumular una potencia radiada considerable en muchos casos, no influyen en el cálculo o la medición del flujo luminoso.

Puede ser el flujo total emitido por una fuente - los fabricantes de lámparas eléctricas ingresan el valor del flujo total emitido junto con la energía eléctrica consumida y la temperatura de color - o el flujo emitido en una porción limitada del espacio - en instrumentos ópticos, los diafragmas , al interceptar parte del haz de luz, permiten ajustar el flujo recibido por un sensor o detector.

Definición

El flujo luminoso es la magnitud fundamental en fotometría: permite definir todas las demás magnitudes fotométricas.

Se define a partir del flujo de energía (expresado en vatios), más a menudo llamado potencia radiada. Este último es un flujo de energía radiada:, donde es la energía radiada, expresada en julios (J). ${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}}}$ ${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}} = {\ frac {\ mathrm {d} Q _ {\ mathrm {ray}}} {\ mathrm {d} t}}}$ ${\ Displaystyle Q _ {\ mathrm {ray}}}$

En fotometría , para tener en cuenta la sensibilidad del ojo humano, que es diferente en cada longitud de onda de la radiación, se corrige la potencia de la radiación electromagnética poniéndola en función de la eficiencia luminosa espectral . Estas funciones se definen mediante valores tabulados y se vuelven cero para infrarrojos o ultravioleta que se encuentran fuera del dominio del espectro visible . Se diferencian según el campo de visión en el que se ubique: visión diurna o nocturna.

En visión fotópica (diurna):
${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda) = \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K (\ lambda) = \ Phi _ { \ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K _ {\ mathrm {m}} \, V (\ lambda)}$ ,
o

${\ Displaystyle K (\ lambda)}$ es la función de eficiencia luminosa espectral fotópica;

${\ Displaystyle K _ {\ mathrm {m}} =}$ 683,002 lm / W es la máxima eficiencia luminosa espectral fotópica, correspondiente a una frecuencia de 540 THz , es decir, una longitud de onda muy próxima a 555 nm en el aire (amarillo - verde);

$V (\ lambda)$ , también observado en colorimetría, es la eficiencia luminosa espectral relativa fotópica, adimensional. ${\ Displaystyle {\ overline {y}} (\ lambda)}$

${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} = {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}}} {\ mathrm {d} \ lambda}}}$ es la densidad espectral del flujo de energía en vatios por metro (W / m);

${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda)}$ es la densidad espectral del flujo luminoso, en lúmenes por metro (lm / m);

Para la luz policromática, el flujo luminoso de se obtiene por integración:
${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K (\ lambda) \ , \ mathrm {d} \ lambda = K _ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, V ( \ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda.}$
Esta frase a menudo se ve incorrectamente como la interpretación cercana de la Ley de Abney .

En la visión escotópica (nocturna), las expresiones son idénticas, solo la función de eficiencia de luz espectral utilizada es diferente dado que solo funcionan las varillas :
${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda) = \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K '(\ lambda) = \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K '_ {\ mathrm {m}} \, V' (\ lambda)}$ ,
o

${\ Displaystyle K '(\ lambda)}$ es la función de eficiencia luminosa espectral escotópica;

${\ Displaystyle K '_ {\ mathrm {m}} =}$ 1.700,05 lm / W es la máxima eficiencia luminosa espectral escotópica, correspondiente a una frecuencia de 590 THz , es decir, a una longitud de onda de 507 nm en el aire;

${\ Displaystyle V '(\ lambda)}$ , es la eficiencia luminosa espectral relativa escotópica, adimensional.

${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda}}$ es la densidad espectral del flujo de energía, en vatios por metro (W / m);

${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}, \ lambda} (\ lambda)}$ es la densidad espectral del flujo luminoso, en lúmenes por metro (lm / m);

Por integración en el dominio visible, el flujo luminoso de una luz policromática:
${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, K '(\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda = K '_ {\ mathrm {m}} \ int _ {0} ^ {\ infty} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} (\ lambda) \, V '(\ lambda) \, \ mathrm {d} \ lambda.}$

Unidad

La unidad SI de flujo luminoso es lumen , símbolo lm. El nombre lumen se basa en la palabra latina que significa luz . Se expresa en candelas . estereorradián , y tiene dimensión J .

Órdenes de magnitud

Las eficiencias luminosas de las diferentes fuentes de iluminación pueden variar dependiendo de si la potencia se emite principalmente en la zona próxima a la máxima sensibilidad (en el caso de una lámpara fluorescente , un diodo emisor de luz ) o esencialmente fuera de lo visible y en particular en el infrarrojo (caso de una lámpara incandescente o una lámpara incandescente halógena ).

Lámpara halógena de 70 W : Φ v = 1.200 lm .
Lámpara de alumbrado urbano (sodio de alta presión) 400 W : Φ v = 28.000 lm .
Lámpara para proyector de cine de 2000 W (xenón) : Φ v = 80.000 lm .

Una vela de 1 cd de intensidad que emite de forma supuestamente isótropa (idéntica en todas las direcciones) emite un flujo luminoso Φ v = 12,6 lm .

Medido

La medida del flujo luminoso implica la de la iluminación luminosa de una superficie de referencia. El descubrimiento en el XIX ° siglo el efecto fotoeléctrico , permitió la XX XX siglo el desarrollo de dispositivos portátiles, que da directamente una medida de la iluminancia.

Antes de y desde el medio de la XIX XX siglo , se han desarrollado fotómetros para la cuantificación de la iluminación, en comparación con una fuente tomado como referencia. Comparamos visualmente la luminancia de dos pantallas del mismo tamaño, una de las cuales está iluminada por una fuente estándar. El caso de la comparación visual permite exponer el razonamiento, sin preocuparse por la ponderación de las longitudes de onda.

Cálculos sencillos

Intensidad luminosa y flujo luminoso

La relación entre la intensidad luminosa en candelas (cd) de un rayo y el flujo luminoso que lo provoca, frecuentemente utilizado para resolver problemas simples, es: ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {vb}}}$ ${\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {vb}}}$

{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {v}} = I _ {\ mathrm {v}} \ cdot \ Omega}

donde Ω es el ángulo sólido , en estereorradián (sr), en el que se concentra el flujo luminoso, siendo la intensidad luminosa obtenida tanto mayor cuanto más estrecho es el ángulo sólido del pincel. Esta fórmula solo es válida si la intensidad de la luz es uniforme en todo el ángulo sólido considerado.

Iluminancia y flujo luminoso

La iluminancia luminosa media en lux (lx) de una superficie se expresa como la relación del flujo recibido por el área : ${\ Displaystyle E _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}}}$ $S$

{\ Displaystyle E _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}} = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {recibido}}} {S}}}

Salida y flujo luminoso

La salida luminosa promedio en lúmenes por metro cuadrado ( lm / m 2 ) de una superficie se expresa como la relación del flujo emitido por el área : ${\ Displaystyle M _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}}}$ $S$

{\ Displaystyle M _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {avg}} = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {v} \ \ mathrm {{\ aguda {e}} mis}}} {S} }}

Notas y referencias

Notas

También llamado flujo de energía espectral ( Sève 2009 , p. 308).

Referencias

Terrien y Desvignes 1972 , p. 21.
Bass et al. 2009 , pág. 37,4
Lumiere et Couleur , Ed. Techniques Ingénieur ( leer en línea )
Bass et al. 2009 , pág. 37,2
Sap 2009 , p. 64.
Sap 2009 , p. 60-61.
www.lighting.philips.fr
www.osram.fr

Apéndices

Bibliografía

André Moussa y Paul Ponsonnet , "XVIII - Elementos de fotometría" , en Cours de physique - Optique , Lyon, Desvigne,1988, p. 239-245.
Robert Sève , Ciencia del color: aspectos físicos y perceptivos , Marsella, Chalagam,2009, 374 p. ( ISBN 978-2-9519607-5-6 y 2-9519607-5-1 ).
Jean Terrien y François Desvignes , La photométrie , París, PUF , coll. "Que-sais-Je" ( n o 1167),1972, 1 st ed. , 128 p. ( presentación en línea ).
(en) Michael Bass , Casimer DeCusatis , Jay Enoch y Vasudevan Lakshminarayanan , Handbook of Optics, Volume II: Design, Fabrication and Testing, Sources and Detectors, Radiometry and Photometry , McGraw Hill Professional,6 de octubre de 2009, 3 e ed. , 1264 p. ( ISBN 978-0-07-162927-0 , presentación en línea ).