Principi Fondamentali dell'Illuminazione: Concetti, Sorgenti e Grandezze Fotometriche

Concetti Fondamentali di Luce e Illuminazione

Illuminazione

L'illuminazione è la scienza che studia le principali forme di produzione di luce, il suo controllo e le sue applicazioni.

Luce

La luce è uno dei tanti modi di manifestare l'energia e può essere definita come l'energia prodotta da una gamma di radiazioni elettromagnetiche che la rendono percepibile all'occhio umano.

Concetti Legati alla Luce

Radiazione

È il fenomeno per cui l'energia è trasmessa attraverso lo spazio. Le radiazioni formano un ampio spettro di diversi tipi di onde, di cui solo una piccola parte rientra in un intervallo di lunghezza d'onda molto ridotto ed è visibile.

Lunghezza d'Onda

È definita come la distanza percorsa dall'onda in un periodo. Per analogia con l'alimentazione in corrente alternata (CA), un periodo è la distanza tra due massimi consecutivi.

Frequenza

La frequenza di un'onda elettromagnetica è il numero di periodi che si verificano in un secondo.

Natura, Produzione e Trasmissione della Luce

Natura della Luce

A prima vista, la luce che riceviamo durante il giorno sembra bianca ed essere composta da un'unica radiazione elettromagnetica. Niente di più sbagliato: un fascio di luce bianca è composto da un insieme di bande di radiazione di frequenza che abbracciano l'intero spettro dei colori (l'arcobaleno).

Produzione della Luce

La luce può essere prodotta in modi diversi. I più comuni sono:

• Piroluminescenza: Produzione di luce derivante dalla combustione di determinate sostanze.
• Incandescenza: La luce viene prodotta dal riscaldamento di materiali solidi fino al raggiungimento dell'incandescenza. Questi corpi hanno la proprietà di emettere energia sotto forma di radiazione elettromagnetica quando la temperatura aumenta.
• Luminescenza: La luce è prodotta da una scarica elettrica tra due placche o elettrodi posizionati all'interno di un gas o vapore metallico. Ciò è possibile grazie alla proprietà che alcune sostanze possiedono di emettere luce quando sono sottoposte all'azione di un campo elettrico.
• Tecnologia a LED: Basata sulla luce emessa da un diodo semiconduttore attraversato da una corrente elettrica, anziché da un gas.

Trasmissione della Luce

Per trasmissione si intende il passaggio di un fascio di luce attraverso un mezzo senza che la frequenza della radiazione monocromatica che lo compone venga alterata. Esistono tre tipi di trasmissione in funzione della natura del mezzo:

Regolare (Trasparente)

Quando il fascio colpisce un mezzo, lo attraversa e ne esce mantenendo la sua forma. I corpi che soddisfano questa proprietà sono detti corpi trasparenti.

Diffusa

Trasmissione in cui il fascio, all'impatto, si disperde nel mezzo in molteplici direzioni.

Congiunta (Mista)

Una forma di trasmissione intermedia tra quella regolare e quella diffusa. Tipica di superfici vetrate, cristalli e vetri intagliati.

Grandezze Fotometriche

Flusso Luminoso (Φ)

È la grandezza che misura il flusso di energia o la potenza luminosa della radiazione. È definita come la quantità di luce visibile all'occhio umano emessa da una sorgente luminosa in tutte le direzioni nell'unità di tempo (un secondo).

Efficienza Luminosa

È definita come il rapporto tra il flusso luminoso emesso da una sorgente luminosa e la potenza elettrica necessaria per produrlo.

Potenza Luminosa (Intensità Luminosa - I)

È definita come la quantità di flusso luminoso emesso da una sorgente di luce in un dato spazio e tempo.

Luminosità (Intensità Luminosa)

Possiamo definire la luminosità di una sorgente luminosa come la quantità di flusso luminoso emesso in una direzione per unità di angolo solido in quella particolare direzione. Dà un'idea della concentrazione di luce in una certa direzione.

Illuminamento (E)

Il livello di illuminamento o l'illuminazione di una superficie è il rapporto tra il flusso luminoso che riceve e la sua superficie.

Luminanza (L)

È l'effetto di produrre una luminosità superficiale sulla retina dell'occhio, sia che provenga da una fonte primaria che produce luce, sia che provenga da una fonte secondaria o da una superficie che riflette la luce.

Caratteristiche delle Sorgenti di Luce

Durata o Vita della Lampada

È possibile utilizzare due criteri per misurare la durata:

• Vita Media: Il tempo trascorso fino a quando il 50% delle lampade di un lotto non fallisce.
• Vita Utile (Shelf Life): Il numero di ore stimate oltre le quali l'utilizzo della lampada non è più economicamente redditizio.

Ammortamento del Flusso

Si riferisce alla diminuzione del flusso luminoso fornito da una lampada nel tempo.

Temperatura di Colore

Utilizzata per indicare il colore della luce emessa da una sorgente.

Tipologie di Lampade

Lampade a Incandescenza

Funzionamento

Si basa sull'emissione di radiazione visibile a occhio nudo dovuta all'aumento di temperatura subito da un filamento molto sottile e ad alta resistenza, quando viene attraversato da una corrente elettrica.

Componenti

• Bulbo (Vetro): Copertura di vetro che dà forma alla lampada e protegge il filamento dall'atmosfera esterna, impedendone la distruzione e consentendo la fuoriuscita del calore sprigionato.
• Filamento: Conduttore di tungsteno di piccolo diametro che presenta un alto valore di resistività elettrica e un'elevata temperatura di fusione.
• Supporto del Filamento: Il filamento è fissato all'interno della lampada con un'asta di vetro cava, due fili e un'asta di supporto.
• Gas di Riempimento: Il bulbo è riempito con un gas inerte, soprattutto argon e azoto, poiché ciò riduce l'evaporazione del metallo.
• Attacco (Portalampada): Ha fondamentalmente due funzioni: fissare la lampada e collegare il filamento all'alimentazione.

Lampade Alogene

Le lampade alogene sono lampade a incandescenza, solitamente con filamento in tungsteno, che al loro interno contengono un'atmosfera gassosa di gas inerte, formata anche da uno o più alogeni o ioduri metallici come iodio, cloro o bromo. L'alogeno è in grado di riparare automaticamente la perdita di particelle di tungsteno e di diminuire gli effetti di un cedimento. In questo modo si ottiene:

• Raggiungere temperature più elevate con dimensioni più piccole.
• Aumentare l'efficacia luminosa.
• Estendere la durata della lampada.

Lampade a Scarica

Funzionamento

La differenza di potenziale tra i due elettrodi provoca un flusso di elettroni all'interno del tubo. Questi elettroni, scontrandosi con gli atomi di gas contenuti nel bulbo o nel tubo, spostano un elettrone dalle orbite del gas ionizzato, assorbendo energia. Dopo pochi istanti, gli elettroni spostati ritornano nella posizione originale, rilasciando l'energia precedentemente assorbita sotto forma di radiazioni, soprattutto ultraviolette.

Classificazione delle Lampade a Scarica

• Lampade a Vapori di Mercurio:
  • A bassa pressione (Lampade fluorescenti)
  • Ad alta pressione
  • A vapori di luce (Bulbo misto metallico)
  • Ad alogenuri metallici
• Lampade a Vapori di Sodio:
  • A bassa pressione
  • Ad alta pressione

Sorgenti LED

Si basano sulla luce emessa da un oggetto solido, al posto di un gas, come nelle lampade a scarica. Quando la corrente attraversa il diodo, l'energia viene rilasciata sotto forma di fotoni e la luce emessa può essere ultravioletta, visibile, infrarossa o vicina all'infrarosso. Il colore desiderato si ottiene sommando i diversi tipi di diodi.

Apparecchi di Illuminazione

Definizione

Si definisce apparecchio di illuminazione (o corpo illuminante) un insieme di elementi atti a dividere, filtrare o trasformare la luce emessa da una o più sorgenti luminose, e che include tutte le parti necessarie per sostenerle, fissarle e proteggerle.

Classificazione degli Apparecchi di Illuminazione

Grado di Protezione Elettrica

Il cablaggio delle luci deve avere un isolamento adeguato, in modo da garantire la protezione delle persone dalle scosse elettriche. Secondo questo criterio, gli apparecchi possono essere:

1. Classe 0: Con isolamento funzionale e senza collegamento a terra.
2. Classe I: Con isolamento funzionale e terminale di messa a terra.
3. Classe II: Con doppio isolamento o isolamento rinforzato nella sua interezza e senza terra.
4. Classe III: Apparecchi progettati per funzionare a bassissima tensione di sicurezza (BT).

Grado di Infiammabilità della Superficie di Montaggio

A seconda dell'infiammabilità delle superfici di montaggio, gli apparecchi sono classificati come:

• Adatti per il montaggio diretto solo su superfici non combustibili.
• Adatti per il montaggio diretto su superfici infiammabili.