Come Misurare l'Intensità della Luce

Misurare l’intensità della luce è importante quando si deve progettare il sistema di illuminazione di una stanza oppure si deve scattare una fotografia. Il temine "intensità" viene utilizzato in maniere diverse, quindi è opportuno fermarsi un istante per imparare il significato delle varie unità e dei metodi di misura. I fotografi professionisti e gli elettricisti usano un fotometro digitale, ma puoi anche utilizzare un semplice strumento comparativo chiamato fotometro a diffusione Joly.

Metodo 1

Metodo 1 di 2:

Misurare l’Intensità della Luce di una Stanza o di una Fonte Luminosa

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Sappi che i fotometri misurano l’intensità luminosa in lux e “foot-candle”. Entrambe queste unità di misura (la seconda prettamente statunitense) descrivono l’intensità della luce su una superficie o illuminamento. I fotometri che misurano l’illuminamento sono lo strumento indispensabile per le persone che devono allestire un set fotografico o verificare se una stanza è troppo luminosa o troppo buia.
- Alcuni strumenti sono costruiti per differenti tipi di luce. Ad esempio, un modello potrebbe essere molto preciso solo se usato con le lampade al sodio.
- Puoi addirittura acquistare un "fotometro" sotto forma di applicazione per dispositivi mobili. Prima però verifica le recensioni, dato che molte possono essere poco precise.
- Il lux è l’unità di misura internazionale, ma non è raro trovare alcuni strumenti tarati ancora in foot-candle. Se sei interessato a convertire i lux in questa unità di misura, puoi utilizzare un calcolatore online. Va detto che in Italia non è affatto semplice trovare dei fotometri in foot-candle. Inoltre bisogna sottolineare che è necessario non fare confusione con l’unità di misura “candela al metro quadro (cd/m2)”, poiché questa definisce la luminanza e non l’illuminamento.
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Impara a interpretare le unità di misura dell’illuminamento. Ecco alcuni esempi tipici che ti aiutano a capire se le tue necessità di luce devono essere modificate:
- Una buona illuminazione per il luogo di lavoro (ufficio) dovrebbe generare un illuminamento di 250-500 lux.
- I supermercati o le zone dove si svolgono lavori di disegno o su dettagli, solitamente sono illuminati a 750-1000 lux. L’estremo superiore di questo intervallo è equivalente alla zona di una stanza vicino a una finestra soleggiata.
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Impara cosa sono il lumen e la luminanza. Il primo è l’unità di misura del flusso luminoso, un concetto diverso dalla luminanza che invece è il rapporto fra l’intensità luminosa emessa da una sorgente nella direzione dell’osservatore e l’area della superficie emittente^{[1]XFonte di ricerca}. A volte, sulle lampadine o sulle lampade puoi trovare un valore espresso in "lumen" che descrive la quantità di luce visibile emessa:
- I "lumen iniziali" descrivono quanta luce emette una sorgente una volta che si è stabilizzata. Ad esempio, le lampadine fluorescenti e quelle HID hanno bisogno di 100 ore di uso per stabilizzarsi.
- I "lumen medi" o "lumen teorici" esprimono la quantità stimata di luce che la sorgente dovrebbe emettere nelle condizioni ideali di utilizzo per tutta la sua durata. In realtà questo valore è maggiore nei primi tempi e poi decresce man mano che la fonte di luce “invecchia”.
- Per capire di quanti lumen hai bisogno, considera l’elenco dei lux che è stato descritto in precedenza e moltiplica il valore per la superficie della stanza (in metri quadrati).
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Misura il fascio luminoso e l’angolo di illuminazione. Le torce e altri dispositivi che sono in grado di emettere un fascio di luce possono essere descritti anche con queste due caratteristiche, che puoi trovare usando un fotometro che misuri i lux con una riga e un goniometro:
- Tieni il fotometro direttamente nella parte più luminosa del fascio. Spostalo finché non rileva il valore più alto.
- Cerca di non allontanare il fotometro dalla fonte di luce, ma muovilo in una sola direzione finché l’intensità cala del 50% rispetto al valore massimo. Usa uno spago ben teso o una riga per tracciare un segmento che parta dalla fonte di luce fino a questo punto.
- Ora sposta il fotometro nella direzione opposta, all’interno del fascio luminoso, finché noti un secondo calo del 50% dell’intensità. Traccia un altro segmento.
- Con un goniometro misura l’angolo compreso fra le due linee. Questo è "l’angolo del fascio" di luce e descrive l’ampiezza del settore ben illuminato dalla fonte di luce.
- Per trovare l’angolo di illuminazione, procedi con le stesse operazioni, ma traccia le linee nei punti in cui l’intensità luminosa raggiunge il 10% del valore massimo.
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Metodo 2

Metodo 2 di 2:

Misurare l’Intensità Relativa con un Dispositivo Artigianale

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Usa questo strumento per confrontare diverse fonti di luce. Si tratta di un dispositivo facilmente realizzabile in casa, dopo avere acquistato alcuni materiali indispensabili. Viene chiamato "fotometro Joly", dal nome del suo inventore, e si può usare per misurare l’intensità relativa di due sorgenti di luce. Con un po’ di nozioni di fisica e gli attrezzi descritti di seguito, sarai in grado di capire quale delle lampadine prese in considerazione emette una quantità superiore o inferiore di luce e qual è la più efficiente in rapporto all’energia consumata.
- Le misurazioni relative non offrono dei valori espressi in unità di misura. Potrai quantificare l’intensità luminosa emessa da una fonte in relazione a quella emessa da una seconda fonte, ma non sarai in grado di paragonarle a una terza senza ripetere l’esperimento.
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Taglia a metà un blocco di paraffina. Acquista un pezzo di paraffina solida in un negozio di ferramenta, è sufficiente una confezione da mezzo chilo. Con un coltello affilato, taglialo in due parti uguali.
- Lavora lentamente per evitare di creare piccoli frammenti.
Strappane un pezzo dal rotolo e adagialo sopra uno dei due blocchi fino a coprirne completamente la superficie. Appoggia il secondo blocco sul foglio di alluminio.
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Riporta il "sandwich" in posizione verticale. Affinché questo strumento funzioni, la paraffina deve restare appoggiata su un lato, così che l’alluminio sia verticale. Se non riesci a metterlo in questa posizione, per il momento lascialo in orizzontale. Ricordati però che la scatola che andrai a costruire prevede che il blocco sia verticale.
- Puoi usare due elastici per mantenere il blocco compatto. Mettine uno vicino all’estremità superiore e uno su quella inferiore.
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Ritaglia tre aperture in una scatola di cartone. Scegline una abbastanza grande da contenere la paraffina. Spesso lo stesso imballo del blocco è la soluzione migliore. Aiutati con un righello e un paio di forbici per ritagliare tre finestrelle:
- Aprine due identiche sui lati opposti della scatola. Ognuna di esse permette di vedere un lato del blocco di paraffina, una volta che questo verrà inserito.
- Taglia una terza apertura, di dimensioni a tua scelta, nella parte anteriore della scatola. Dovrebbe essere comunque ben centrata in modo da riuscire a vedere entrambe le metà della paraffina con in mezzo l’alluminio.
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Inserisci il blocco nella scatola. Ricorda che il foglio deve restare al suo interno e in posizione verticale. Potrebbero esserti d’aiuto dei pezzetti di cartone, un po’ di nastro adesivo o entrambi per tenere la paraffina in verticale e parallela alle due finestrelle opposte senza che l’alluminio scivoli fuori.
- Se la parte superiore della scatola è aperta, coprila con un altro pezzo di cartone o un materiale analogo in grado di bloccare la luce.
Questa sarà l’unità di misura con la quale confronterai le altre luci e sarà la linea guida per valutare l’intensità. Se hai intenzione di confrontare più di due luci, allora dovrai usare questa fonte per ogni esperimento.
Metti due lampadine, due LED o un altro tipo di fonte luminosa in linea retta, sopra una superficie piana. La distanza fra loro deve essere significativamente maggiore della larghezza della scatola che hai costruito.
Deve essere esattamente alla stessa altezza delle fonti luminose, così che il blocco di paraffina venga illuminato completamente attraverso le due finestrelle laterali. Ricorda che le due sorgenti di luce devono essere piuttosto distanti fra loro per garantire un’illuminazione uniforme.
Chiudi le finestre, le tapparelle o le persiane in modo che le uniche luci che colpiscono la paraffina siano quelle del test.
Sposta il fotometro verso il lato meno illuminato della paraffina. Controlla attraverso la finestrella anteriore così puoi regolare la posizione della scatola; fermati quando entrambe le metà ti sembrano illuminate in maniera identica.
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Misura la distanza che separa il fotometro da ogni fonte luminosa. Usa un metro a nastro e poni lo zero sulla linea del foglio di alluminio, distendilo verso la luce che hai scelto come "riferimento". Questa distanza è detta d1. Annotane il valore e poi ripeti il procedimento per l’altra fonte di luce. La distanza che la separa dal foglio di alluminio è detta d2.
- Puoi misurare questa distanza con qualunque unità di misura, l'importante è restare costante. Ad esempio, se hai usato i metri e i centimetri, converti i valori in modo da utilizzare solo i centimetri.
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Comprendi il concetto fisico sotteso all’esperimento. La brillanza dei pezzi di paraffina diminuisce con il quadrato della distanza che li separa dalla luce, perché stiamo considerando la luce che colpisce una superficie bidimensionale (cioè un’area) anche se, in verità, la luce si irradia in tutte le direzioni e colpisce uno spazio (cioè un volume). In altri termini, quando la fonte di luce si sposta di due volte (x2) più lontano, si distribuisce su un’area quattro volte più grande (x2²). Possiamo quindi scrivere la brillanza come "I / d²
- I è l’intensità e d è la distanza dalla fonte luminosa, proprio i valori che abbiamo utilizzato nei passaggi precedenti.,
- Tecnicamente, quello che stiamo descrivendo come brillanza viene detto illuminamento.
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Utilizza queste nozioni per calcolare l’intensità relativa. Quando entrambe le metà di paraffina sono brillanti in maniera identica, il loro "illuminamento" è identico. Puoi scrivere la formula e risolverla per I₂, cioè l’intensità relativa della seconda fonte di luce:
- I₁/d₁² = I₂/d₂².
- I₂ = I₁(d₂²/d₁²).
- Poiché stai solo misurando una intensità relativa, cioè il rapporto fra due fonti di luce, puoi stabilire che I₁ = 1. Questo semplifica di molto la formula che diventa: I₂ = d₂²/d₁².
- Ad esempio, supponiamo che la distanza d₁ alla fonte di luce di riferimento sia 2 metri e che la distanza d₂ alla seconda luce sia di 5 metri:
- I₂ = 5²/2² = 25/4 = 6,25
- La seconda fonte luminosa ha una intensità 6,25 volte maggiore di quella di riferimento.
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Calcola l’efficienza. Se stai usando delle lampadine su cui è indicata la potenza, ad esempio "60 W", che significa "60 watts", allora sai quanta energia elettrica consumano. Dividi l’intensità relativa della lampadina per la potenza e troverai la sua efficienza, in relazione alla fonte luminosa di riferimento. Per esempio:
- Una lampadina da 60 watt con una intensità relativa di 6 possiede una efficienza relativa di: 6/60 = 0,1.
- Una lampadina di 40 watt con una intensità relativa di 1 possiede una efficienza relativa di 1/40 = 0,025.
- Dato che 0,1 / 0,025 = 4, la lampadina da 60 W è 4 volte più efficiente nel trasformare l’energia elettrica in luminosa. Nota che puoi usare comunque una lampadina più potente di 40 W, ma ti costerà di più; l’efficienza ti permette di sapere quanta resa puoi ottenere dal tuo "investimento economico".
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Consigli

Dopo avere usato il fotometro Joly per misurare le intensità relative della luce, puoi misurarle con uno strumento analogico o digitale. Quelli più moderni e digitali esprimono i valori in lux. Negli Stati Uniti è possibile trovare ancora dei vecchi strumenti analogici tarati in “foot-candle”; questa unità di misura è definita come un lumen per piede quadrato. Un “foot-candle” corrisponde a 10,76 lux.

Cose che ti Serviranno

Fotometro

o per creare un dispositivo artigianale:

Blocco di paraffina solida (disponibile in confezioni da mezzo chilo fino a due chili)
Coltello affilato
Foglio di alluminio
Piccola scatola di cartone (puoi usare anche la confezione della cera)
Forbici
Due lampade dello stesso tipo, come quelle da scrivania con morsetto
Metro a nastro
Lampadine da testare (tre o più modelli che differiscono per potenza elettrica o lumen)