Principi dell'orientamento della luce

Dalla riflessione all?interferenza

Il compito più importante dell'apparecchio è di guidare il flusso luminoso della lampada. Si cerca così di realizzare una distribuzione della luce corrispondente al compito particolare dell'apparecchio, sfruttando al tempo stesso al meglio l'energia impiegata.
Un passo verso un orientamento mirato ed efficiente della luce è stato compiuto con l'introduzione delle lampade con riflettore e con riflettore parabolico (PAR). La luce viene concentrata dai riflettori integrati nella lampada e può essere orientata nella direzione desiderata con angoli di distribuzione definiti. L'esigenza di un orientamento differenziato della luce, di livelli superiori di rendimento dei sistemi d'illuminazione e di una maggiore assenza di abbagliamento ha determinato lo spostamento del riflettore dalla lampada all'apparecchio. In questo modo è possibile costruire apparecchi perfettamente sintonizzati con i requisiti della sorgente luminosa e con il loro compito.

Riflessione

Distribuzione dell'illuminamento I per la riflessione diffusa

Distribuzione della luminanza L per la riflessione diffusa. La distribuzione della luminanza è uguale da tutti i punti di vista.

Distribuzione dell'illuminamento per la riflessione mista

Distribuzione dell'illuminamento per la riflessione a specchio

Diffusione

Nella riflessione, la luce che cade su un corpo è riflessa secondo il fattore di riflessione di tale corpo. Oltre al grado di riflessione, nella riflessione svolge ancora una volta un ruolo anche il grado di diffusione della luce respinta. Nelle superfici a specchio non si verifica alcuna diffusione; si parla in questo caso di riflessione orientata. Aumentando la capacità di diffusione della superficie riflettente, la parte orientata della luce respinta si riduce sempre più, fino ad arrivare alla sola luce diffusa in caso di riflessione completamente diffusa.

Riflessione a specchio parallela ai raggi luminosi incidenti su superfici piane (direzione parallela dei raggi)

Superfici concave
(raggi a percorso convergente)

Superfici convesse
(raggi a percorso divergente)

Forma delle superfici

Per la costruzione di apparecchi la riflessione orientata è d'importanza decisiva, perché, grazie a opportuni profili dei riflettori e a superfici idonee, permette un orientamento mirato della luce ed è responsabile della grandezza del livello di rendimento del sistema d'illuminazione.

Fattori di riflessione

Fattori di riflessione di metalli, vernici e materiali edilizi d'uso comune

Trasmissione

Distribuzione dell'illuminamento I per la trasmissione diffusa

Distribuzione della luminanza L per la trasmissione diffusa. È uguale da tutti i punti di vista.

Distribuzione dell'illuminamento per la trasmissione mista

Distribuzione dell'illuminamento per la trasmissione orientata attraverso materiale trasparente

Nella trasmissione, la luce che cade su un corpo è trasmessa secondo il grado di trasmissione di tale corpo. Inoltre svolge un ruolo anche il grado di riflessione della luce trasmessa. Nei materiali di trasparenza ideale non si verifica alcuna diffusione. Aumentando la capacità di diffusione, la parte orientata della luce trasmessa si riduce sempre più, fino ad arrivare alla sola luce diffusa in caso di diffusione completa. I materiali trasmittenti negli apparecchi d'illuminazione possono essere trasparenti. Questo vale sia per i semplici vetri di chiusura che per i filtri che assorbono determinate fasce dello spettro, ma che trasmettono le altre e provvedono così a produrre luce colorata o a ridurre la frazione UV o infrarossa. In qualche caso si utilizzano come chiusura dell'apparecchio anche materiali disperdenti - per es. vetro opalino o plastiche opalescenti - per evitare l'effetto abbagliamento riducendo la luminanza della lampada.

Assorbimento

Nell'assorbimento, la luce che cade su un corpo è assorbita totalmente o parzialmente secondo il grado di assorbimento di tale corpo. Nella costruzione di apparecchi per illuminazione l'assorbimento viene sfruttato soprattutto per schermare le sorgenti luminose; per ottenere il comfort visivo è in questo caso insostituibile. In linea di principio l'assorbimento è però un effetto indesiderato, in quanto non orienta la luce, ma la annulla e quindi diminuisce il rendimento dell'apparecchio. Tipici elementi assorbenti degli apparecchi sono gli anelli antiriflesso neri, i cilindri e le alette antiabbagliamento, e gli schermi frangiluce di varie forme.

Rifrazione

I raggi luminosi nel passaggio da un mezzo con indice di rifrazione n1 a un mezzo più denso con indice di rifrazione n2 sono deviati dal piano d'incidenza. (1> 2). Per il passaggio dall'aria al vetro si ha approssimativamente n2/ n1=1,5.

Nel passaggio attraverso un mezzo di densità diversa i raggi luminosi subiscono una deviazione in parallelo

Introduzione

I raggi luminosi penetrando in un mezzo trasmittente di densità diversa - per es. dall'aria al vetro e viceversa dal vetro all'aria - si rifrangono, cioè cambiano direzione. Nei corpi a superfici parallele si ha in questo caso solo uno spostamento parallelo della luce, mentre nei prismi e nelle lenti si creano effetti ottici che vanno dal semplice cambiamento di angolazione, alla concentrazione e diffusione della luce, alla riproduzione ottica. Nella costruzione di apparecchi per illuminazione ai fini dell'orientamento mirato della luce si impiegano elementi rifrangenti quali prismi o lenti, spesso in combinazione con riflettori.

Prismi e lenti

Tipico percorso ottico di luce ad incidenza parallela al passaggio attraverso strutture prismatiche asimmetriche (in alto a sinistra), strutture prismatiche simmetriche (in alto a destra), lenti di Fresnel (in basso a sinistra) e lenti condensatrici (in basso a destra)

Indice di rifrazione

Per il passaggio di un raggio luminoso da un mezzo con indice di rifrazione n2 a un mezzo di densità inferiore con indice di rifrazione n1 esiste un angolo limite G. Se si supera l'angolo limite il raggio luminoso nel mezzo più denso viene riflesso (riflessione totale). Per il passaggio dal vetro all'aria si ha approssimativamente G = 42°. Tecnicamente si usa la riflessione totale per es. nei conduttori della luce (a destra).

Interferenza

Si definisce interferenza il reciproco rafforzamento o indebolimento che si verifica nella sovrapposizione di onde. In illuminotecnica si usano effetti d'interferenza quando la luce colpisce strati molto sottili che causano la riflessione di determinate gamme di frequenza, mentre altre vengono trasmesse. Con una successione di strati di spessore e densità adeguati si può produrre una capacità riflettente selettiva per determinate gamme di frequenza, in modo che per es. - come nel caso delle lampade a luce fredda - sia riflessa la luce visibile mentre viene trasmessa la radiazione infrarossa. Si possono ottenere in questo modo anche riflettori e filtri che producono luce colorata. I filtri interferenziali possiedono un fattore di trasmissione molto alto e una separazione particolarmente netta tra le bande spettrali riflesse e trasmesse.
I riflettori lucidi brillanti sono privi di interferenze se il materiale è di buona qualità.

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