Conceptos Fundamentales de Fotometría y Magnitud Fotométrica

La fotometría es la parte de la física que trata de la medida de la luz, de la misma forma que la radiometría es la parte de la física que estudia las medidas de las magnitudes asociadas con la energía radiante.

Una magnitud fotométrica es una magnitud radiométrica ponderada teniendo en cuenta la sensación visual que provoca en el ojo. Sin embargo, la expresión «sensación visual» es vaga, lo que exige una definición más formal.

Principales Conceptos de Fotometría

A continuación, se enumeran y definen brevemente los principales conceptos utilizados en fotometría:

• Energía radiante (Qe): Energía transportada en forma de ondas electromagnéticas, sea de la frecuencia que sea. Esta energía, como cualquier tipo de energía, se mide en julios (J).
• Energía luminosa (Qv): Energía radiante ponderada con la curva patrón de luminosidad. Es el aspecto de la energía radiante que llamamos popularmente luz. Esta energía luminosa se mide en Talbots (T).
• Potencia radiante (Pe): Variación de la energía radiante en la unidad de tiempo. Es un concepto físico, se mide en vatios (W).
• Potencia luminosa (Pv): Variación de la energía luminosa en la unidad de tiempo. Se mide en lúmenes (lm).
• Rendimiento luminoso: El cociente entre la potencia luminosa conseguida y la potencia radiante utilizada para ello. Lógicamente, se mide en lúmenes por vatio (lm/W).

Características de la Sensación de Luz Coloreada

Cuando un flujo radiante incide sobre la retina del ojo, produce sobre el cerebro una sensación de luz coloreada que tiene tres características principales:

1. Matiz o Tono: Se refiere a aquella característica que permite clasificar un color como rojo, verde, azul, etc., y está determinado por la correspondencia color-longitud de onda. Un gris neutro no tiene matiz.
2. Saturación: Se entiende como el grado por el cual un color se separa del gris neutro para aproximarse a un color puro del espectro. Un gris neutro tiene una saturación nula y un color espectral puro tiene 100% de saturación.
3. Brillo: Es la característica de cualquier sensación de color que permite clasificarla como equivalente a la sensación luminosa producida por un elemento de una escala gradual y sucesiva de grises neutros.

La Ley Inversa del Cuadrado de la Iluminación

La ley inversa del cuadrado de la iluminación establece que cuando una superficie está iluminada por una fuente puntual de luz, la iluminancia de la superficie es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia respecto a la fuente luminosa. Dicho de otra manera, la iluminación de una superficie plana es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ambas.

Intensidad Luminosa y Fuente Patrón

Intensidad Luminosa

La intensidad luminosa de una fuente de luz se refiere a la cantidad de radiación visible que emite, es decir, indica la energía visible suministrada por una fuente luminosa. Su unidad es la candela (cd), que equivale a lúmenes por estereorradián (lm/sr).

Fuente Patrón

El manantial patrón es un tubo cilíndrico de material refractario (torio), de punto de fusión muy elevado, rodeado de platino puro. El tubo se ensancha en su extremo formando un ángulo sólido de un estereorradián. Cuando este radiador total se calienta a la temperatura de 2042 K (punto de solidificación del platino), emite una determinada cantidad de energía radiante. Una sesentava parte (1/60) de esta energía es nuestra medida de referencia y es lo que llamamos candela (cd).

Diagrama de Radiación Luminosa y su Clasificación

El diagrama de radiación luminosa es una representación gráfica de la distribución espacial de la intensidad luminosa de una fuente. Si la fuente es omnidireccional, su diagrama de radiación luminosa es una circunferencia.

Si la fuente no es omnidireccional, pero tiene un eje de simetría, se escogería como plano de representación cualquiera que contenga dicho eje. Si no tiene eje de simetría, no queda más opción que representar el diagrama de radiación luminosa para distintos planos.

Veamos un par de ejemplos:

1. Una lámpara introducida en un globo de vidrio esmerilado es la que más se acerca a una fuente luminosa omnidireccional. La representación de su diagrama de radiación es el que se representa en la Figura A.
2. Una lámpara tipo flexo, a una distancia considerable de ella, tiene un diagrama de radiación luminosa que presenta un máximo en la dirección central y su intensidad luminosa disminuye al alejarnos de esa dirección, tal como se muestra en la Figura B.

Conceptos Clave en Iluminación

A continuación, se definen otros conceptos importantes en el campo de la iluminación:

• Flujo luminoso: La energía luminosa radiada por segundo. Su unidad es el lumen (lm) y puede definirse como el flujo luminoso que atraviesa por segundo un estereorradián.
• Luminancia: La medida de luz reflejada por una superficie. Su unidad es el apostilb (asb). El apostilb es la luminancia de una superficie cuando emite un flujo luminoso de un lumen por metro cuadrado (lm/m²).
• Iluminación (Iluminancia): La cantidad de luz que recibe una superficie situada a cierta distancia de la fuente luminosa. Se entiende por iluminación la densidad de flujo luminoso existente en una superficie. Se expresa en lúmenes por unidad de área (lm/m² o lux).
• Temperatura de color: El color que proporciona una fuente de luz. Aunque aparentemente todas las fuentes de luz son blancas, esto no es más que una adaptación que hace nuestro cerebro. La unidad de medida es el kelvin (K).

Temperatura de Color y Cuerpo Negro

Temperatura de Color

La temperatura de color se puede definir como el color que proporciona una fuente de luz. Aunque aparentemente todas las fuentes de luz son blancas, esto no es más que una adaptación que hace nuestro cerebro. La unidad de medida es el kelvin (K).

Cuerpo Negro

Un cuerpo negro es cualquier cuerpo capaz de ser un absorbente total de energía radiante que incida sobre él y, a la vez, debe comportarse como un radiador perfecto de la energía que en él se genere.