L a. 1.1 Introducción. 1.2 Espectro de la Energía Radiante

Transcripción

1 1 L a L u z 1.1 Introducción La luz es aquella parte de las ondas electromagnéticas que permite estimular los receptores de la retina produciendo sensación visual. El Universo está formado por materia y energía. La energía que procede del sol se denomina energía radiante y está formado por un conjunto de radiaciones. Estas radiaciones se transmiten por un movimiento ondulatorio. Este movimiento se caracteriza por unos parámetros físicos: longitud de onda (λ) y/o frecuencia (ν). todo un ciclo (Figura 1) e identifica el tipo de radiación. Nos determinará si es nociva, si dará percepción de algún color,... etc. La longitud de onda de la energía radiante se expresa frecuentemente en nanómetros, equivalentes a 10-9 metros (0, metros). Se puede observar que hablamos de una longitud muy pequeña. La frecuencia es otro parámetro para clasificar las radiaciones. Ésta se mide en ciclos por segundo. El producto de la frecuencia por la longitud de onda nos expresará la velocidad de propagación. Velocidad = λ X ν Figura 1. Movimiento ondulatorio. La longitud de onda (λ), es un parámetro muy característico. Define la distancia en que se produce 1.2 Espectro de la Energía Radiante El conjunto de energía procedente del sol se denomina espectro de energía radiante. Llamaremos espectro a la separación espacial de las distintas radiaciones que componen una radiación más compleja. Se trata de un espectro continuo y cada radiación se caracteriza por su frecuencia o por su longitud de onda en vacío. En función de la radiación podemos agruparla en Rayos Cósmicos, Rayos Gamma, Rayos X, Ultravioleta, Visible, Infrarojo, Radar, FM, Televisión, Onda Corta. 1

2 ranjado y rojo, además de todos los colores compuestos por ellos. Este fenómeno se pone de manifiesto cuando la luz blanca (suma de todos los colores visibles) se descompone, por ejemplo, al atravesar un prisma o cuando incide con determinada inclinación en las gotas del vapor de agua observándose el arco Iris. Como veremos más adelante la luz al cambiar de medio cambia la velocidad de propagación, por lo que se manifiesta visiblemente la dispersión de la luz en función de su longitud de onda. En la Figura 3 podemos observar la distribución de los colores dentro de la luz visible Radiaciones Nocivas Figura 2. Espectro electromagnético. La mayoría de estas radiaciones son producidas por el sol, algunas de ellas tienen efectos letales. Gracias a la atmósfera, en la superficie terrestre sólo se reciben radiaciones cósmicas, ultravioletas, infrarrojas, y visibles, comprendidas entre 290 nm y nm, siendo absorbidas las peligrosas (inferiores a 290 nm). El espectro de energía radiante queda dividido de la siguiente manera: Radiaciones Visibles Las radiaciones visible están comprendidas en la banda de longitud de onda entre 380 y 760 nm. Esta banda se denomina Espectro Visible. Se caracterizan por producir sensación visual. Los extremos de estas bandas no son precisos pero en cualquier caso fuera de estos límites, la eficacia luminosa de cualquier longitud de onda es ínfima. En el caso de las personas mayores el borde inferior de espectro se acerca más a 420 nm que a 380 nm, ya que se pierde sensibilidad con la edad. Estas radiaciones permiten observar colores. En función de la longitud de onda de las mismas apreciaremos el color: violeta, añil, azul, verde, amarillo, ana nm Figura 3. Espectro de la luz visible. Dentro del espectro de radiaciones electromagnéticas, las más próximas al visible, UV e IR son de especial importancia por sus efectos nocivos, al igual que los rayos X que producen estímulos inadecuados sobre el órgano de la visión. Por esta razón es preciso pensar en protecciones adecuadas cuando se trabaja con estas fuentes de energía. Actualmente la protección de las radiaciones UV es muy importante, porque la capa de ozono, que filtra mayoritariamente dichas radiaciones, se está deteriorando. Todos hemos oído hablar de los efectos que la polución está produciendo sobre la capa de ozono en la estratosfera, disminuyendo su espesor e incluso se habla del " agujero de ozono". Es por ello que debemos extremar las precauciones. Este tema será tratado con más amplitud en el capítulo 8. 2

3 Las radiaciones tienen energías diferentes, por ejemplo, si a la luz visible tiene una energía relativa de 100, la energía del ultravioleta será de 180. En cambio la energía de la radiación infrarroja es mucho menor. El ojo humano es capaz de distinguir y clasificar las fuentes de luz según la intensidad luminosa que emiten. W S 1.3 Transmisión del Ojo Humano F A Tipo de radiación Penetración en el ojo Energía relativa E550nm = 100 Ultravioleta B "U V B" Absorción en cornea 180 Figura 4.Fuente luminosa. Ultravioleta A "U V A" Absorción en cornea y cristalino Flujo Energético o Flujo Luminoso Visible Llega a retina 100 Infrarrojo A Sólo los IR cortos llegan a retina. La penetración depende de la 55 Infrarrojo B Absorción en cornea y parte frontal 28 Tabla 1.Transmisió ransmisión del ojo humano. Las fuentes no emiten un rayo único sino un cono de energía (w), véase Figura 4, la energía que llena ese cono se denomina Flujo energético o flujo luminoso y su unidad es el lumen. El lumen (Lm) es igual al flujo que emite, por uni- dad de ángulo sólido (un estereoradian) una fuente puntual con intensidad de una candela Conceptos de Fotometría La medida de cantidades y características asociadas a la luz se denomina fotometría. A continuación se definirán los conceptos más utilizados Intensidad Luminosa Es la cantidad de energía que emite una fuente luminosa por unidad de superficie. La unidad es la candela y se trata de un valor patrón establecido tomando como referencia la emisión de una superficie de platino a la temperatura de solidificación. (En esas condiciones la emisión es de 60 candelas/cm2 ). Podemos determinar entre dos fuentes luminosas cual es la de mayor intensidad. Para calcular la intensidad tendremos en cuenta una fuente luminosa puntual F que emite luz (Figura 4) y un cono de emisión (w) Iluminación El flujo por unidad de superficie es lo que se denomina "iluminación", o sea, es la cantidad de energía que llega a una superficie, por unidad superficie. La unidad es el lux y es equivalente a la iluminación de una superficie que recibe un lumen/m 2. Para su medición se utiliza el luxómetro Luminancia La luminancia es un término fotométrico que caracteriza el modo en que una superficie emite o refleja luz en una dirección dada. La luminancia tiene en cuenta, no sólo la iluminación, sinó las pérdidas de energía producida por los medios existentes entre la fuente y el ojo. Debemos tener en cuenta que al hablar de iluminación no tenemos en consideración la sensación 3

4 que produce en el ojo. La unidad de la luminancia es el nit. Por ejemplo, supongamos que en el plano de la mesa tenemos una iluminación de 500 lux. Si la mitad de la mesa es blanca y la otra negra, la parte blanca, aún teniendo la misma iluminación, nos dará más sensación luminosa. Vemos pués que hay un factor con gran influencia: la reflectancia de la superficie (definida posteriormente). Para medir la luminancia precisamos de un instrumento con una sensibilidad standard que se denomina Nitómetro. Se trata de un luxómetro (instrumento de medida de la iluminación) con filtros correctores para que su sensibilidad sea la misma que la del ojo patrón. 1.6 Fuentes Luminosas Las fuentes luminosas se pueden clasificar en: Fuentes Naturales: Sol, estrellas, fuego... Fuentes Artificiales: incandescentes, fluorescentes, lámparas de descarga de mercurio, lámparas de xenón, lámparas de yodo cuarzo, etc... También las podemos considerar primarias si emiten luz por si mismas (Ej: el Sol) o secundarias ( ej. La luna,...) si la luz que emiten no es propia. 1.7 Calidad de Luz 1.5 Reflectancia y Transmitancia Cuando la luz incide sobre un cuerpo, parte es absorbida por él (energía que se transforma en calor), parte es transmitida y parte es reflejada. Ver Figura 5. El porcentaje de luz transmitida se denomina transmitancia. Ésta se aplica a los cuerpos transparentes, tal es el caso de los filtros ( gafa solar, gafa de protección, de soldadura, etc.). La transmitancia puede variar en función de las longitudes de onda, siendo su expresión gráfica la curva de transmitancia espectral. Análogamente a la tansmitancia, la reflectancia se refiere a la parte de la energía, en tanto por cien, reflejada con relación a la incidente. Cuando hablamos de iluminación nos referimos a la cantidad de lux que hay, pero si valoramos la calidad debemos considerar si esta es directa o indirecta, si deslumbra o no, si su distribución es o no uniforme, si es difusa o no lo es. La calidad está relacionada con lo que queremos iluminar y el efecto que queremos obtener, por ejemplo. Iluminar la mesa de un despacho o un aparador. 1.8 Deslumbramiento Cuando sobre la retina incide la luz procedente de una fuente intensa con respecto a la iluminación general, el observador puede sentir molestias, inhibición o disminución en su capacidad visual. El deslumbramiento se produce por una falta de adaptación del sistema visual a un cambio brusco de iluminación. 1.9 Variación de la Agudeza Visual con la Luminancia Figura 5. Incidencia de la luz sobre una superficie La agudeza visual es la capacidad del sistema visual para resolver distintamente los detalles de un objeto y, 4

5 por tanto, determina la capacidad de visión. Se representa cuantitativamente como el recíproco del mínimo ángulo de resolución. Cuando ópticamente una persona ve correctamente se le asigna el valor de 1.00 (100% de visión), en cambio, si una persona tiene un 80% de visión se le asignará un valor 0.8 de agudeza visual. La agudeza visual varía con la luminancia de tal manera que esta variación es muy distinta según a los niveles que nos situemos, pudiendo decir que se estabiliza a partir de los 1000 nits en que prácticamente se alcanza su valor máximo pero concretamente entre los valores de luminancia de 0.01 nits hasta los 1000 nits, la agudeza visual pasa de 0.2 a los valores superiores a la unidad (Ver Figura 6). Figura 7. Tramsmitanci ramsmitancia del cristalino: (a) entre 20 y 30 años os, (b) alrededo ededor de los 50 años os, (c) a los 70 años. segundas, la primordial es la iluminación deficiente, tanto cuantitativamente como cualitativamente. La fatiga visual no puede eliminarse totalmente pero si disminuir o retrasar su aparición mediante la corrección de los defectos visuales y con la ayuda de una iluminación adecuada en el trabajo a realizar. La manifestación de la fatiga visual suele ser: astenopía o dolor de cabeza, problemas de fusión (definida más adelante), lagrimeo, incremento del parpadeo, el reflejo pupilar suele ser mayor, diminuye el campo visual y la amplitud de acomodación. Figura 6. Agudeza visual en función de la Luminancia (König nig-hech) 1.10 La Iluminación y la Edad La transparencia de los medios refringentes del ojo en los niños y jóvenes es máxima, ésta se pierde paulatinamente con la edad, debido al envejecimiento de los medios que amarillean y dispersan la luz, sobre todo el cristalino.(ver Figura 7) Fatiga Visual Las causas de la fatiga visual pueden ser orgánicas o externas. Entre las primeras situaremos los defectos visuales, ametropías, forias, etc. En cuanto a las 1.12 Niveles Luminosos Recomendados Hay manuales de iluminación que determinan los niveles mínimos recomendados en función de la tarea que se realiza. A modo representativo veamos algunos datos al respecto. Ver Tabla 2. Aulas Aulas para personas con visión deficiente Salas de operaciones Talleres de montaje de precisión 200 lux 400 lux lux lux Tabla 2. Mínimos recomendados para diferentes entes luga- res de trabajo. 5