Intensidad luminosa

intensidad luminosa
intensidad luminosa
Símbolos comunes	Yo v
Unidad SI	candela
Otras unidades	energía de la cera; Velas de Hefner;
En unidades base del SI	cd
Dimensión	Yo {\displaystyle {\mathsf {J}}}

Luz visible por unidad de ángulo sólido

En fotometría , la intensidad luminosa es una medida de la potencia ponderada por longitud de onda emitida por una fuente de luz en una dirección particular por unidad de ángulo sólido , basada en la función de luminosidad , un modelo estandarizado de la sensibilidad del ojo humano . La unidad SI de intensidad luminosa es la candela (cd), una unidad base del SI .

Medición

La fotometría se ocupa de la medición de la luz visible tal como la percibe el ojo humano. El ojo humano solo puede ver la luz en el espectro visible y tiene diferentes sensibilidades a la luz de diferentes longitudes de onda dentro del espectro. Cuando está adaptado a condiciones brillantes ( visión fotópica ), el ojo es más sensible a la luz verde amarillenta a 555 nm. La luz con la misma intensidad radiante en otras longitudes de onda tiene una intensidad luminosa menor. La curva que representa la respuesta del ojo humano a la luz es una función estándar definida $y (λ)$ o $V (λ)$ establecida por la Comisión Internacional de Iluminación (CIE, por Commission Internationale de l'Éclairage ) y estandarizada en colaboración con la ISO . ^[1]

La intensidad luminosa de las fuentes de luz artificial se mide normalmente utilizando un goniofotómetro equipado con un fotómetro o un espectrorradiómetro. ^[2]

Magnitudes de fotometría del SI
en
a
mi
Cantidad		Unidad		Dimensión ^{[nb 1]}	Notas
Nombre	Símbolo ^{[nb 2]}	Nombre	Símbolo	Dimensión ^{[nb 1]}	Notas
Energía luminosa	$Q v$ ^{[número 3]}	lumen segundo	lm⋅s	T⋅J	El segundo lumen a veces se llama talbot .
Flujo luminoso , potencia luminosa	$Φ v$ ^{[nota 3]}	lumen (= candela estereorradián )	lm (=cd⋅sr)	Yo	Energía luminosa por unidad de tiempo
Intensidad luminosa	$Yo v$	candela (= lumen por estereorradián)	cd (= lm/sr)	Yo	Flujo luminoso por unidad de ángulo sólido
Luminancia	$Lv $	candela por metro cuadrado	cd/m2 ⁽ =lm/(sr⋅m2 ⁾ )	L ^- 2⋅J	Flujo luminoso por unidad de ángulo sólido por unidad de área de fuente proyectada . La candela por metro cuadrado a veces se denomina nit .
Iluminancia	$Yo v$	lux (= lumen por metro cuadrado)	lx (= lm/ ^m2 )	L ^- 2⋅J	Flujo luminoso incidente sobre una superficie
Salida luminosa , emitancia luminosa	$Mv $	lumen por metro cuadrado	lm/ ^m2	L ^- 2⋅J	Flujo luminoso emitido desde una superficie
Exposición luminosa	$Yo v$	lux segundo	lx⋅s	L ^- 2⋅T⋅J	Iluminancia integrada en el tiempo
Densidad de energía luminosa	$ωv $	lumen segundo por metro cúbico	lm⋅s/ ^m3	L ^- 3⋅T⋅J
Eficacia luminosa (de la radiación)	$K$	lumen por vatio	luz/ W	M ^- 1⋅L - ^2⋅T3⋅J	Relación entre el flujo luminoso y el flujo radiante
Eficacia luminosa (de una fuente)	$η$ ^{[nb 3]}	lumen por vatio	luz/ W	M ^- 1⋅L - ^2⋅T3⋅J	Relación entre el flujo luminoso y el consumo de energía
Eficiencia luminosa , coeficiente luminoso	$V$			1	Eficacia luminosa normalizada por la máxima eficacia posible
Ver también: SI Fotometría Radiometría

^ Los símbolos en esta columna denotan dimensiones ; " L ", " T " y " J " son para longitud, tiempo e intensidad luminosa respectivamente, no los símbolos de las unidades litro, tesla y julio.
^ Las organizaciones de normalización recomiendan que las magnitudes fotométricas se denoten con un subíndice "v" (de "visual") para evitar confusiones con magnitudes radiométricas o fotónicas . Por ejemplo: Símbolos de letras estándar de EE. UU. para ingeniería de iluminación USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967
^ abc Símbolos alternativos que a veces se ven: $W$ para energía luminosa, $P$ o $F$ para flujo luminoso y $ρ$ para eficacia luminosa de una fuente.

Relación con otras medidas

La intensidad luminosa no debe confundirse con otra unidad fotométrica, el flujo luminoso , que es la potencia total percibida emitida en todas las direcciones. La intensidad luminosa es la potencia percibida por unidad de ángulo sólido . Si una lámpara tiene una bombilla de 1 lumen y la óptica de la lámpara está configurada para enfocar la luz de manera uniforme en un haz de 1 estereorradián , entonces el haz tendría una intensidad luminosa de 1 candela. Si se cambiara la óptica para concentrar el haz en 1/2 estereorradián, entonces la fuente tendría una intensidad luminosa de 2 candelas. El haz resultante es más estrecho y brillante, aunque su flujo luminoso permanece inalterado.

La intensidad luminosa tampoco es lo mismo que la intensidad radiante , la cantidad física objetiva correspondiente utilizada en la ciencia de la medición de la radiometría .

Unidades

Al igual que otras unidades básicas del SI, la candela tiene una definición operativa : se define mediante la descripción de un proceso físico que producirá una candela de intensidad luminosa. Por definición, si se construye una fuente de luz que emite luz verde monocromática con una frecuencia de 540 THz y que tiene una intensidad radiante de 1/683 vatios por estereorradián en una dirección dada, esa fuente de luz emitirá una candela en la dirección especificada. ^[3]

La frecuencia de la luz utilizada en la definición corresponde a una longitud de onda en el vacío de555 nm , que está cerca del pico de la respuesta del ojo a la luz. Si el1 fuente de candela emitida uniformemente en todas las direcciones, el flujo radiante total sería de aproximadamente18,40 mW , ya que hay 4 $π$ estereorradianes en una esfera. Una vela moderna típica produce aproximadamente una candela mientras libera calor a aproximadamente80 vatios .

Antes de la definición de la candela, en varios países se utilizaban diversas unidades de intensidad luminosa. Estas se basaban típicamente en el brillo de la llama de una "vela estándar" de composición definida, o en el brillo de un filamento incandescente de diseño específico. Uno de los estándares más conocidos era el estándar inglés : candlepower . Una candlepower era la luz producida por una vela de espermaceti puro que pesaba un sexto de libra y ardía a una velocidad de 120 granos por hora. Alemania, Austria y Escandinavia utilizaban la Hefnerkerze , una unidad basada en la salida de una lámpara Hefner . ^[4] En 1881, Jules Violle propuso la Violle como unidad de intensidad luminosa, y fue notable por ser la primera unidad de intensidad de luz que no dependía de las propiedades de una lámpara en particular. Todas estas unidades fueron reemplazadas por la definición de la candela.

Uso

Funciones de luminosidad fotópica (negra) y escotópica (verde). ^{[c 1]} La fotópica incluye la norma CIE 1931 ^{[c 2]}^{[c 3]} (continua), los datos modificados de Judd–Vos 1978 ^{[c 4]} (discontinua) y los datos de Sharpe, Stockman, Jagla & Jägle 2005 ^{[c 5]} (punteada). El eje horizontal es la longitud de onda en nm .

La intensidad luminosa de la luz monocromática de una longitud de onda particular $λ$ viene dada por donde $I_{\mathrm {v} }=683\cdot {\overline {y}}(\lambda )\cdot I_{\mathrm {e} },$

$I v$ es la intensidad luminosa en candelas (cd),
$I e$ es la intensidad radiante en vatios por estereorradián (W/sr),
${\textstyle {\overline {y}}(\lambda)}$ es la función de luminosidad estándar .

Si hay más de una longitud de onda (como suele ser el caso), se debe sumar o integrar sobre el espectro de longitudes de onda presentes para obtener la intensidad luminosa:

$I_{\mathrm {v} }=683\int _{0}^{\infty }{\overline {y}}(\lambda )\cdot {\frac {\partial I_{\mathrm {e} }}{\partial \lambda }}\,d\lambda .$

Véase también

Referencias

^ ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Fotometría — El sistema CIE de fotometría física. ISO/CIE. 2023. doi :10.25039/IS0.CIE.23539.2023.
^ Schneider, T.; Young, R.; Bergen, T.; Dam-Hansen, C.; Goodman, T.; Jordan, W.; Lee, D.-H; Okura, T.; Sperfeld, P.; Thorseth, A; Zong, Y. (2022). CIE 250:2022 Medición espectrorradiométrica de fuentes de radiación óptica. Viena: CIE - Comisión Internacional de Iluminación. ISBN 978-3-902842-23-7.
^ "Definiciones de unidad base: candela". Referencia del NIST sobre constantes, unidades e incertidumbre . Consultado el 8 de febrero de 2008 .
^ "Unidad Hefner o vela Hefner". Sizes.com . 30 de mayo de 2007. Consultado el 25 de febrero de 2009 .

Datos de curva

^ "Curva de luminosidad escotópica CIE (1951)". Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2008.
^ "Funciones de correspondencia de color de dos grados CIE (1931)". Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2008.
^ "Funciones de eficiencia luminosa 'fisiológicamente relevantes' de la CIE". Archivado desde el original el 7 de julio de 2019.
^ "Curva de luminosidad fotópica de 2 grados CIE modificada por Judd-Vos (1978)". Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2008.
^ "Sharpe, Stockman, Jagla y Jägle (2005) Función de eficiencia luminosa de 2 grados V*(l)". Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007.

[note-dimension-symbol-3] Los símbolos en esta columna denotan dimensiones ; " L ", " T " y " J " son para longitud, tiempo e intensidad luminosa respectivamente, no los símbolos de las unidades litro, tesla y julio.

[note-suffix-v-4] Las organizaciones de normalización recomiendan que las magnitudes fotométricas se denoten con un subíndice "v" (de "visual") para evitar confusiones con magnitudes radiométricas o fotónicas . Por ejemplo: Símbolos de letras estándar de EE. UU. para ingeniería de iluminación USAS Z7.1-1967, Y10.18-1967

[note-alternative-symbol-photometric-5] Símbolos alternativos que a veces se ven: $W$ para energía luminosa, $P$ o $F$ para flujo luminoso y $ρ$ para eficacia luminosa de una fuente.

[1] ISO/CIE 23539:2023 CIE TC 2-93 Fotometría — El sistema CIE de fotometría física. ISO/CIE. 2023. doi :10.25039/IS0.CIE.23539.2023.

[2] Schneider, T.; Young, R.; Bergen, T.; Dam-Hansen, C.; Goodman, T.; Jordan, W.; Lee, D.-H; Okura, T.; Sperfeld, P.; Thorseth, A; Zong, Y. (2022). CIE 250:2022 Medición espectrorradiométrica de fuentes de radiación óptica. Viena: CIE - Comisión Internacional de Iluminación. ISBN 978-3-902842-23-7.

[6] "Definiciones de unidad base: candela". Referencia del NIST sobre constantes, unidades e incertidumbre . Consultado el 8 de febrero de 2008 .

[7] "Unidad Hefner o vela Hefner". Sizes.com . 30 de mayo de 2007. Consultado el 25 de febrero de 2009 .

[scvl-8] "Curva de luminosidad escotópica CIE (1951)". Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2008.

[ciexyz31-9] "Funciones de correspondencia de color de dos grados CIE (1931)". Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2008.

[ciexyz31_curve-10] "Funciones de eficiencia luminosa 'fisiológicamente relevantes' de la CIE". Archivado desde el original el 7 de julio de 2019.

[vljv-11] "Curva de luminosidad fotópica de 2 grados CIE modificada por Judd-Vos (1978)". Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2008.

[ssvl2-12] "Sharpe, Stockman, Jagla y Jägle (2005) Función de eficiencia luminosa de 2 grados V*(l)". Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007.