optica fisica

La mayoría de las fuentes de luz emiten energía electromagnética distribuida en múltiples longitudes de onda. Se suministra energía eléctrica a una lámpara, la cual emite radiación. Esta energía radiante emitida por la lámpara por unidad de tiempo se llama potencia radiante o flujo radiante. Solo una pequeña porción de esta potencia radiante se encuentra en la región visible: en la regiónentre 400 y 700 nm. El sentido de la vista depende tan solo de la energía radiante visible o luminosa por unidad de tiempo.
El flujo luminoso F es la parte de la potencia radiante total emitida por una fuente de luz que es capaz de efectuar el sentido de la vista.
En una lámpara común de luz incandescente, solo aproximadamente el 10% de la energía radiante es flujo luminoso. La mayor parte dela potencia radiante no es luminosa.
El ojo humano no es igualmente sensible a todos los colores. En otras palabras, iguales potencias radiantes de diferentes longitudes de onda no producen la misma brillantez. Una lámpara de luz verde de 40 W se ve más brillante que una lámpara de luz azul de 40 W. la figura 24-15 muestra una gráfica que indica la respuesta del ojo a diversas longitudes de onda.Observe que la curva de sensibilidad tiene forma de campana centrada aproximadamente en la región media del espectro visible. En condiciones normales, el ojo es más sensible a la luz verde amarilla de longitud de onda de 555 nm. La sensibilidad decae rápidamente para longitudes de onda más largas y más cortas.
Si la unidad elegida para el flujo luminoso debe corresponder a la respuestasensitiva del ojo humano, es preciso definir una nueva unidad. El watt no es




















Suficiente debido a que las sensaciones visuales no son las mismas para colores diferentes.
Lo que se necesita es una unidad que mida la brillantez. Dicha unidad es el lumen (lm), el cual se determina por comparación con una fuente patrón.
Para comprender la definición de un lumen entérminos de la fuente patrón, debemos primero desarrollar el concepto de un ángulo sólido. Un ángulo solido en estereorradianes (sr) se define en la misma forma que un ángulo plano se define en radianes. En la figura 24-16 el ángulo θ en radianes es
Θ = S/R rad (24-4)

Donde S es la longitud del arco y R es el radio. En forma similar se define el Angulo solido Ωen la figura 24-17. Este puede imaginarse como la abertura del extremo de un con subtendido por un segmento de are sobre la superficie especifica.
Un estereorradián (sr) es el Angulo solido subtendido en el centro de una esfera por un área A sobre su superficie que es igual al cuadrado de su radio R.











En general, el ángulo solido en estereorradianes está dado por
Ω=A/R2sr
El estereorradián, igual que el radian, es una cantidad adicional.
Igual que hay 2π rad en un círculo completo, se puede demostrar por medio de la ecuación anterior que hay 4π sr en una esfera completa.
Ω= A /R2 = 4Πr2 /R2 = 4π sr
Observe que el ángulo solido es independiente de las distancias de la fuente. Hay 4π sr en una esfera, independientemente de la longitud de su radio.
Ejemplo:¿Qué ángulo solido se subtiende en el centro de una esfera de 8 m de diámetro por medio de un área de 1.5 m2 sobre su superficie?
Solución
De la ecuación anterior queda
Ω = 1.5 m2/ (4 m)2= 0.0938 sr.
Ahora estamos en condiciones de aclarar la definición de una unidad que mide el flujo luminoso. El lumen se define por comparación con una fuente patrón reconocida internacionalmente.
Unlumen (1m) es el flujo luminoso (o potencia radiante visible) emitido desde una abertura de 1/60 cm2 de una fuente patrón e incluido dentro de un ángulo solido de 1 sr.
La fuente patrón consiste en un recipiente hueco que se mantiene a temperatura de salificación del platino, aproximadamente 1773°C. en la práctica es más conveniente usar lámparas incandescentes estándar que han sido calibradas por...