L a L uz

1
L
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).
a
L
u
z
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
(0,0000000001 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
1.2 Espectro de la Energía Radiante
Figura 1. Movimiento ondulatorio.
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.
La longitud de onda (λ), es un parámetro muy
característico. Define la distancia en que se produce
1
1. La Luz
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.
1.2.2 Radiaciones Nocivas
Espectrro elect
electrromagnético.
Figura 2. Espect
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 20000
nm, siendo absorbidas las peligrosas (inferiores a
290 nm).
El espectro de energía radiante queda dividido de la
siguiente manera:
1.2.1 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-
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380
400
450
480
550
600
630
760 nm
Figura 3. Espect
Espectrro 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.
1. La Luz
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
F
A
1.3 Transmisión del Ojo Humano
Tipo de radiación
Penetración
Penetración en el ojo
Energía relativa
E550nm = 100
Ultravioleta B "U V B" Absorción en cornea
180
Ultravioleta A "U V A" Absorción en cornea
y cristalino
156
Visible
Llega a retina
Infrarrojo A
Sólo los IR cortos
llegan a retina.
La penetración
100
55
Figura 4.Fuente luminosa.
1.4.1.1 Flujo Energético o Flujo Luminoso
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.
depende de la
Infrarrojo B
longitud de onda
Absorción en
cornea y parte frontal
28
Tabla 1.Transmisión del ojo humano.
1.4. Conceptos de Fotometría
La medida de cantidades y características asociadas
a la luz se denomina fotometría. A continuación se
definirán los conceptos más utilizados.
1.4.1. 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).
El lumen (Lm) es igual al flujo que emite, por unidad de ángulo sólido (un estereoradian) una fuente
puntual con intensidad de una candela.
1.4.2 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/m2.
Para su medición se utiliza el luxómetro.
1.4.3 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
1. La Luz
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).
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...
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.
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.
1.5 Reflectancia y Transmitancia
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.
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.
1.7 Calidad de Luz
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
obrre una supe
superrficie
Figura 5. Incidencia de la luz sob
4
La agudeza visual es la capacidad del sistema visual
para resolver distintamente los detalles de un objeto y,
1. La Luz
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
ramsmitanciaa de
dell cristalino
cristalino:: (a)
entrre 20 y 30
Figura 7. Tramsmitanci
(a) ent
años
os,, (b
(b)) al
alrrededor
os,, (c
(c)) a los
los 50 años
los 70 años.
ededor de los
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)
1.12 Niveles Luminosos Recomendados
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).
1.11 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
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
200 lux
Aulas para personas con visión deficiente
400 lux
Salas de operaciones
3.000 lux
Talleres de montaje de precisión
1.000 lux
Tabla 2. Mínimos recomendados para difer
diferentes lugalugares de trabajo.
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