Ingeniera de iluminacin

Ingeniera de iluminacin

indice

01 - Luz y ptica 02 - Medicin de la Luz y la Energa Radiante 03 - Visin y Percepcin 04 - Color 05 - Los efectos no visuales de radiacin ptica 06 - Fuentes de Luz 07 - Luminarias 08 - La luz del da 09 - Clculos de iluminacin 10 - Calidad del entorno de Visual 11 - Iluminacin de oficina -12 - Fondo para la Educacin de iluminacin 13 - Instalaciones de Hospitalidad y Iluminacin de la hospitalidad -14 - Iluminacin en Lugares Pblicos e Instituciones 15 - Teatro, Televisin e iluminacin fotogrfica 16 - Cuidado de la Salud Fondo de Iluminacin 17 - iluminacin de tiendas 18 - Iluminacin Residencial 19 - Iluminacin Industrial 20 - Deportes y rea Recreativa de iluminacin 21 - Iluminacin Exterior 22 - Iluminacin de la va 23 - Transporte de iluminacin 24 - Iluminacin subacutica 25 - Economa de iluminacin 26 - Gestin de la Energa 27 - Controles de iluminacin - 28 - Mantenimiento de iluminacin -29 - Emergencia, Seguridad y Alumbrado de Seguridad 30 - Apndice 31 - Glosario de Terminologa de iluminacin

IESNAEl IESNA es la autoridad tcnica reconocida en la iluminacin. Para ms de noventa aos su objetivo ha sido la de comunicar la informacin sobre todos los aspectos de las buenas prcticas de la iluminacin a sus miembros, a la iluminacin en la comunidad , y para los consumidores a travs de una variedad de programas , publicaciones y servicios. La fuerza del IESNA es su membresa diversificada : ingenieros , arquitectos , diseadores , educadores, estudiantes ,contratistas , distribuidores , personal de servicios , fabricantes, y los cientficos, todo lo cual contribuye a la misin de la Sociedad : avanzar en el conocimiento y difusin de la informacin para la mejora de la iluminacin del medio ambiente en beneficio de la sociedad.El IESNA es un foro para el intercambio de ideas e informacin y un medio para sus miembros de desarrollo y reconocimiento profesional. A travs de sus comits tcnicos , con cientos de calificados miembros de las comunidades de la iluminacin y de los usuarios, la IESNA correlaciona investigaciones , y discusiones para guiar expertos en iluminacin y laicos a travs de recomendaciones de iluminacin basadas en el consenso La Sociedad publica cerca de 100 publicaciones variadas que incluyen las prcticas recomendadas sobre una variedad de aplicaciones , guas de diseo , memorandos tcnicos y publicaciones sobre gestin de la energa y la iluminacin medicin. La sociedad, adems , trabaja en cooperacin con organizaciones afines en una variedad de programas y en la produccin de documentos y normas publicadas de forma conjunta.Adems, la Sociedad publica Lighting Design + Aplicacin ( LD + A) y la Revista de la Illuminating Engineering Society ( JIES ) . LD + A es una popular revista mensual orientada a la aplicacin .Cada nmero contiene artculos de fondo especial y noticias de diseos de iluminacin prcticas e innovadoras, sistemas, equipos y la economa, y las noticias de la industria. El Diario contiene documentos tcnicos, la mayor parte de los cuales se presentan en CONFERENCIA anual de la Sociedad. IESNA tiene un programa educativo slido con cursos bsicos y media actividad y seminarios ofrecidos a travs de sus Secciones.La Sociedad cuenta con dos tipos de miembros: individual y les dan sustento . Las solicitudes y las cuotas actuales horarios estn disponibles a peticin del Departamento de Membresa. IESNA local, regional, yreuniones, conferencias , simposios, seminarios , talleres y exposiciones de iluminacin ( LightFair INTERNATIONAL) proporcionar informacin actualizada sobre los ltimos avances en iluminacin .Para obtener informacin adicional sobre la IESNA , consulte el sitio Web de la Sociedad : .TUMINATING INGENIERASOCIEDAD DE AMERICA DEL NORTEJefe de Redaccin: Judith BloquearGerente de Produccin: Judith BloquearAsistentes editoriales: John Bullough , Mariana Figueiro , y Marilyn RP Morg unCopyeditor: Seth A. MaislinIlustrador: Joseph R. GilmoreIndexador: Indexar Especializada CientficoTipografa: Composicin del EsteMarketing: PamelaWeessCover Design Tony PiccoEl MANUAL DE ILUMINACIN IESNA , novena edicin

Copyright 2000 por la Sociedad de Ingeniera de Iluminacin de Norte Amer ica .Todos los derechos reservados . La autorizacin para fotocopiar artculos para uso interno o personal , o el interno ouso personal de clientes especficos , se concede por IESNA siempre que la tarifa base de $ 5,00 por ejemplar ms$ 2.00 por pgina por copia se paga directamente al CCC, 27 Congress Street , Salem , MA 01970 . Al presentarpago por favor indique el material fue tomado de la publicacin , los nmeros de pgina y el ISBN delpublicacin .Este consentimiento no se extiende a cualquier otro tipo de copia , y la publicacin no puede ser duplicado encualquier otra manera sin el consentimiento expreso y por escrito de la editorial. Esto incluye , pero no se limita a ,duplicacin en otras publicaciones , bases de datos o cualquier otro medio para los propsitos de distribucin general parareventa. Hacer copias de este libro , o cualquier parte para fines distintos del uso personal , es una violacinde las leyes de copyright de Estados Unidos y estar sujeto a penalidad .ISBN 0-87995-150-8Biblioteca del Congreso Nmero de tarjeta de catlogo: 99-76610 .Impreso en los Estados Unidos de Amrica.La Sociedad de Ingeniera de Iluminacin de Norteamrica bienvenida a sus comentarios . Por favor enve todoscorrespondencia a:Departamento de PublicacionesIESNA120 Wall Street, 17th FloorNueva York, Nueva York 10005-4001

PREFACIOMuchos de nosotros creemos que la novena edicin del IESNA Lighting Handbook representa un hito en lala prctica de la iluminacin. En los ltimos veinte aos ha habido un movimiento en la prctica de la iluminacin iluminando la ingeniera para el diseo de iluminacin , un movimiento a partir de clculos de iluminancia a sentencias de la esttica, un movimiento de la cantidad a la calidad. Por primera vez , la IESNA tiene , a travs de esta edicin ,recomendaciones de calidad de la iluminacin formalizado , lo que refleja este movimiento en la prctica de la iluminacin.Estas recomendaciones formales son proporcionados en una matriz titulado la Gua de Diseo de Iluminacin IESNA . la Gua incluye recomendaciones sobre importantes criterios de diseo de iluminacin, como la geometra del ojo -source- tarea ,parpadeo , el color y el brillo . Se les proporciona junto con las recomendaciones tradicionales de iluminacin por una amplia variedad de aplicaciones . El propsito de la Gua es ampliar la perspectiva de la iluminacin los profesionales y para los dirigen para especificar la iluminacin de mayor calidad.La idea de la Gua de Diseo de Iluminacin IESNA naci a orillas del lago George, en el estado de Nueva York en elretirarse de la edicin de la octava edicin de este Manual . Durante una pausa en la edicin, algunos miembros del equipo de edicin dimos un paseo por la orilla del lago. Te sientes un poco cansado , lamentamos que la mayora de la gente probablementeNunca leemos lo que estbamos editando , ya que slo se consulta la tabla de seleccin de iluminancia . nosotros repiti la broma estndar : Si el manual en la mayora de las oficinas de arquitectura - ingeniera se coloca en su columna vertebral, caer abierta a la mesa de seleccin iluminancia porque esa es la nica seccin vez consultadas.Nos reflexion que sera agradable si los usuarios tenan que tener en cuenta los muchos otros criterios de diseo de iluminacin importante encontradas en todo el texto . Sobre la base de esa idea, esbozamos el marco bsico de la matriz. a travs de trabajo duro y la revisin por parte de varios comits , la Gua de Diseo de Iluminacin IESNA en el Captulo 10 de esteSe produjo edicin del Manual . Por supuesto que todos todava esperamos que los usuarios van a leer el texto completo de la novena edicin del Manual, pero si tiene que caer abierto a cualquier seccin , ser ahora caer abierta a una seccin que describe ms de un criterio de diseo de iluminacin .En realidad, la gnesis de la Gua de Diseo de Iluminacin IESNA se remonta a varios aos antes de nuestra caminata a lo largo Lake George . Una de las primeras personas que conoc iluminacin como estudiante de posgrado en la Universidad Estatal de Ohio era Steve Squillace , ingeniero, profesor, ex presidente de la IESNA , y el destinatario de su ms alta tcnica premio. La pasin de Steve por la iluminacin y la vida lo distingue de sus contemporneos. En cada conversacin que haba con Steve insisti en que todos los diseadores de iluminacin e ingeniero iluminando deben pensar iluminacin . Como radical apasionado , argument que la IESNA debe acabar con la iluminancia recomendaciones del todo porque eran sustitutos de pensamiento . Muchos no estn de acuerdo con Steve ,la creencia de que la mayora de los profesionales en la industria de la construccin no se encenda especialistas. Estos la gente necesitaba para encontrar rpidamente una orientacin prctica y luego pasar a otras decisiones. El problema tenaHa habido que iluminancia se convirti en el nico criterio de estos profesionales considerados antes de seguir adelante. En este edicin, el nico foco de iluminacin ya no es posible .Steve podra argumentar que nos estamos moviendo en la direccin equivocada , sin embargo. Hay ms formal recomendaciones en esta edicin del Manual que nunca. Tal vez las personas que ahora estn haciendo buena iluminacin ser dejar de pensar , pero dudamos de que . Por el contrario , creemos que es necesario que el pensamiento de seguir estas recomendaciones. El practicante de iluminacin que tiene que darse prisa para la prxima decisin ya no puede basarse en un clculo de iluminancia y considerar el trabajo de iluminacin completa. A menudo iluminancia no es el iluminacin criterio principal de diseo en la Gua. Con las recomendaciones presentadas en esta edicin , la profesional debe tomar algn tiempo para estudiar la solicitud y decidir entre varias iluminacin importante criterios de diseo . El tiempo de reflexin invertido por el profesional de iluminacin es que vale la pena porque eso inversin mejorar la calidad de la iluminacin en toda Amrica del Norte.Muchas personas se merecen un gran reconocimiento en el desarrollo , la escritura y la produccin de esta edicin de la IESNA Lighting Handbook . He tratado de reconocer todos los que contribuyeron , pero no reconocimiento puede hacer justicia a la larga trayectoria de estas personas han hecho a la iluminacin.Sus contribuciones a esta edicin son slo una pequea parte de su compromiso de por vida a la mejora de la calidad de vida a travs de una mejor iluminacin . Es mi deseo ms sincero de que la novena edicin de la iluminacin IESNAManual hace honor a estos contribuyentes y les ayuda a seguir mejorando la calidad de la iluminacin en toda Amrica del Norte.Mark S. Rea , Ph.D., FIESEditor en jefeRECORDEMOSLa Sociedad de Ingeniera de Iluminacin fue fundada en 1906, pero no fue hasta 1947 que la primera edicin del Manual aparecido, por lo que representa la acumulacin de 41 aos de progreso de iluminacin ya que la F TOMAS DE TIERRA de la Sociedad . En cada edicin posterior , IESNA ha proporcionado informacin en una placa de ampliacin nunca gama de tecnologas , procedimientos y problemas de diseo . En la novena edicin , el equipo editorial ha seguido la tendencia de obtener conocimientos sobre todas las fases de la iluminacin de los comits IESNA y expertos individuales para asegurar que este manual es la fuente de referencia de iluminacin para el inicio del prximo siglo .El nfasis en la novena edicin es en la calidad. Ediciones anteriores se han examinado criterios importantes para la evaluacin y el diseo del entorno visual , sino un sistema formal para considerar estos temas no tenan sido desarrollado . IESNA ha , sin embargo , siempre es recomendable cantidad de luz para aplicaciones especficas o tareas visuales . Como resultado , muchos practicantes a menudo confundieron el sistema de IESNA recomendada iluminancia ( cantidad) como la principal o incluso el nico criterio , para el diseo de iluminacin . Este Manual introduce un nuevo sistema formal de hacer frente a los problemas de calidad en la Gua de Diseo de Iluminacin en el captulo 10,Calidad del entorno de Visual .Hay cambios , tambin, en las categoras de iluminancia , reducido de nueve a siete y organizados entre conjuntos de tareas visuales ( simples , comunes y especiales) . Cada aplicacin de la Gua de Diseo de Iluminacin tiene una especfica (nmero nico ) recomendada iluminancia que representa las mejores prcticas para una tpica aplicacin .A travs de la Gua de Diseo de Iluminacin y otra informacin en el captulo 10 , IESNA es reconocer y haciendo hincapi en que la iluminacin no es el nico criterio de diseo de iluminacin. Otros criterios pueden ser ms importante , y , dada la complejidad y la diversidad de objetivos de diseo para una aplicacin especfica , el diseador ahora tiene la oportunidad de evaluar algunas de las opciones de cantidad y calidad . Este enfoque ha sido se describe como " un puente hacia el siglo 21", cuando se espera que la dcima edicin del Manual se proporcionar un mtodo ms preciso de medicin de los factores de calidad y su impacto en el entorno visual .Otros captulos del libro son nuevos o han sido reescritos o actualizada . Hay nuevos captulos de aplicacin en la iluminacin exterior , iluminacin de seguridad, aparcamientos , tiendas , un centro comercial y la iluminacin industrial, y revisiones significativas de los captulos sobre la medicin de la luz , la visin y la percepcin, Fotobiologa , aviacin, y transporte.Este Manual no podra haberse producido sin los comits IESNA y especialistas individuales , aquellos voluntarios dispuestos que dan incontables horas para el proceso de compartir su experiencia . La Sociedad gracias a todos y cada contribuyente.El equipo de redaccin profesional trajo talento y disciplina para el proyecto. Dr. Mark Rea , Judith Block, John Bullough , y Mariana Figueiro del Rensselaer Polytechnic Institute , junto con cuatro Tema Editores , Michael Ouellette , David DiLaura , Roger Knott, y Nancy Clanton, han ganado nuestro reconocimiento por sus contribuciones en la evaluacin , la edicin y , en caso necesario , el desarrollo de material.El IESNA Lighting Handbook representa el documento de referencia ms importante en la iluminacin profesin. Es uno de los medios por los que la Sociedad cumple su misin : promover el conocimiento y la difundir informacin para la mejora del medio ambiente con luz para beneficio de la sociedad . Nosotros la esperanza de que , usted, el lector , se encuentra la novena edicin de su fuente principal de referencia para la iluminacin informacin.William H. HanleyVicepresidente EjecutivoRita M. HarroldDirector de Educacin y Desarrollo Tcnico

AgradecimientosReconocemos los cuatro editores tema:Nancy E. Clanton, Clanton Engineering Associates , Boulder , ColoradoDavid DiLaura de la Universidad de Colorado en BoulderRoger Knott, Lighting Consultant , Cleveland , OhioMichael Ouellette , el Consejo de Investigacin Nacional de Canad, OttawaReconocemos los siguientes comits y presidentes de los comits por sus esfuerzos a favor de estarevisin del Manual durante el perodo 19961999 :Iluminacin agrcola: Ronald MacDonald, PresidenteAviacin : William Pickell , Presidente ( 199.697 ), Daniel Geary , presidente ( 199799 )Procedimientos de clculo : Richard G. Mistrick , silla ( 199.697 ) , Ian Ashdown , silla ( 199.799 )Casino y Juegos de Azar de iluminacin: Elwyn Gee , presidenteColor: Ron Daubach , PresidenteEquipo: Paul K. Ericson, PresidenteInstituciones Correccionales : Stewart E. Greene , sillaLa luz del da : Morad R. Atif , Ph.D., PresidenteIluminacin de emergencia: Mary Kim Reitterer , PresidenteContro de energa: David Ranieri , presidente ( 199.698 ) , Carol Jones, Presidente ( 199899 )Facilidades financieras: Hyman M. Kaplan, Presidente ( 199698 )Instalaciones para Atencin de Salud: David H. Epley , PresidenteHostelera Instalaciones: Candace M. Kling , silla ( 199.697 ) , Martyn Timmings , silla ( 199.799 )Casas de Adoracin : Viggo B. Rambusch , sillaIndustrial : William T. Busch, PresidenteIluminacin de paisaje , Lloyd Reeder, PresidenteControl de luz y luminarias de diseo: Gerald Plank Jr., PresidenteFuentes de luz : Pekka Hakkarainen , PresidenteEconoma de iluminacin: John Selander , silla ( 199.697 ) , Cheryl ingls , C pelo ( 199799 )Iluminacin para el Adulto Mayor y Deficientes Visuales : Eunice D. Noell , PresidenteMantenimiento : Norma Frank , PresidenteCentro Comercial Iluminacin: Robert Horner, PresidenteIluminacin marino: Michael J. Leite , presidenteMuseo y Galera de Arte : Frank A. Florentino , PresidenteNomenclatura : Warren " Gus" Baker, PresidenteIluminacin de oficina: Mitchell B. Kohn , presidenteAmbiental Exterior: Nancy E. Clanton, PresidenteFotobiologa : George C. Brainard , Ph.D., PresidenteCalidad del medio ambiente visual: Naomi Johnson Miller, PresidenteResidencia de iluminacin: Kathy A. Presciano , Presidentereas comerciales : Bernie Bauer, PresidenteCarreteras : Balu Ananthanarayanan , Presidente ( 199.698 ), John Mickel , Presidente ( 199899 )Escuela y Universidad: Shail Mahanti , PresidenteIluminacin de seguridad: Douglas Paulin , Presidente ( 199.698 ), David Salmon, Presidente ( 199899 )Deportes y ocio reas: John Kirchner , silla ( 199.698 ), Michael Owens ( 199899 )Consejo de Revisin Tcnica : Donald Smith, Presidente ( 199.697 ), Richard Collins, Presidente ( 199799 )Procedimientos de prueba : Richard Collins, silla ( 199.697 ), James Walker , silla ( 199.799 )Teatro , Televisin y Cine : James P. McHugh, PresidenteContribuir individuos , en orden alfabtico :Eric Block, Peter Boyce, Jack Burkarth , Christopher Cuttle , David Evans, Jos M. Bueno , III , DawnDeGrazio , Jim Fowler , Rita M. Harrold, Hugh Henry , Jules Horton, Jules S. Jaffe, Yunfen Ji , Walter J.Kosmatka , Robert Landry, Robert Levin, Kevin McCarthy, Greg McKee, Nishantha Maliyagoda , ScottMangum , Naomi Johnson Miller , Sharon Miller, Janet Lennox Moyer, Joseph Murdoch , N. Narendran ,Peter Ngai , Yoshihiro Ohno , Mark Olsson, Robert Roller , Greg Shick , Ted Smith, Stephen Squillace ,Gary Steffy , Jennifer Veitch .

Captulo 1: Luz y pticaLa bsqueda para entender la naturaleza de la luz ha llevado seres humanos curiosos hacia abajo en los ms recnditos secretos del tomo y a los ms lejanos confines del universo estrellado.- Ben BovaFUNDAMENTOSPara iluminar los propsitos de ingeniera , de la Sociedad de Ingeniera de Iluminacin de Norteamrica ( IESNA ) define la luz como energa radiante que es capaz de excitar la retina humana y la creacin de una sensacin visual .Como una magnitud fsica , la luz se define en trminos de su eficiencia relativa en la mentira espectro electromagntico entre aproximadamente 380 y 780 nm . Visualmente, hay alguna variacin individual en la eficiencia dentro de estos lmites .TeorasUna de las primeras teoras para describir la luz implicaba la idea de que la luz se emite desde los ojos , y que eran se haca visible cuando fueron golpeados por las emisiones. Aristteles rechaza esta teora , cuando nos preguntamos por que no podamos ver en la oscuridad. Desde entonces, muchas teoras alternativas han sido propuestas . Desde un punto de vista fsico, estas teoras generalmente se considera la luz como una transferencia de energa de un lugar a otro . Algunos theories1 - 4 brevemente se discute a continuacin .Teora Corpuscular . Esta teora se deduce de la observacin de que las partculas , o corpsculos en movimiento , poseen energa cintica . Esta posicin fue defendida por Sir Isaac Newton (1642-1727 ) . Se basa en tres premisas :1 . Cuerpos luminosos emiten energa radiante en partculas .2 . Las partculas son expulsadas de forma intermitente en lnea recta.3 . Las partculas actan sobre la retina , la estimulacin de una respuesta que produce una sensacin visual .Teora de las Ondas . Esta teora se deduce de la observacin de que las ondas pueden transferir energa a pesar de que el propio medio no viaja . Esta posicin fue defendida por Christiaan Huygens ( 1629-1695 ) . Que tambin se basa en tres premisas :1 . La luz es el resultado de la vibracin molecular en el material luminoso .2 . Las vibraciones se transmiten a travs de un " ter " como movimientos en forma de ondas( comparables a ondas en el agua ) , y las vibraciones reducir la velocidad al entrar en los medios de comunicacin ms densas .3 . Las vibraciones transmitidas actan sobre la retina , la estimulacin de una respuesta que produce una sensacin visual .Teora electromagnetica.5 La teora fue formulada por James Clerk Maxwell ( 1831-1879 ) , y se basa en tres1 . Cuerpos luminosos emiten luz en forma de energa radiante.2 . La energa radiante se propaga en forma de ondas electromagnticas .3 . Las ondas electromagnticas actan sobre la retina , la estimulacin de una respuesta que produce una sensacin visual .Teora Cuntica . Una forma moderna de la teora corpuscular fue formulada por Max Planck , y se basa en dos1 . La energa es emitida y absorbida en cuantos discretos ( fotones ) .2 . La magnitud de cada foton , Q , se determina por el producto de h y , donde h es 6,626 10-34 J s( La constante de Planck ) , es la frecuencia de la vibracin de fotones en Hz, y Q es la energa en Julios .Esta teora proporciona un medio para determinar la cantidad de energa en cada cunto . Se deduce de esta teora de que la energa aumenta con la frecuencia .Teora Unificada . La teora propuesta por Louis de Broglie y Werner Heisenberg se basa en dos premisas :1 . Cada elemento mvil de la masa tiene asociado con l una onda cuya longitud est dada por la ecuacin

donde= Longitud de onda del movimiento de las olas ,h = constante de Planck , m = masa de la partcula ,v = velocidad de la partcula . Figura 1-1. La energa radiante ( electromagntica ) espectro .2 . Es imposible determinar simultneamente todas las propiedades que son distintivos de una onda o una corpsculo .Las teoras cunticas y de ondas electromagnticas proporcionan una explicacin de las caractersticas de la energa radiante de inters para el ingeniero que ilumina . Si la luz se considera como una onda o un fotn , que es la radiacin que se produce por procesos electrnicos en el sentido ms exacto del trmino . Se produce en un cuerpo incandescente , una descarga de gas , o una dispositivo de estado slido por electrones excitados slo haber revertido a posiciones ms estables en sus tomos , liberando energa .La luz y el espectro de energa 6La teora de las ondas permite una representacin grfica conveniente de la energa radiante en un arreglo ordenado de acuerdo a su longitud de onda o frecuencia . Esta disposicin se denomina un espectro ( Figura 1-1 ) . Es til en lo que indica la relacin entre las diversas regiones de longitud de onda de la energa radiante . Tal representacin grfica no debe ser interpretada para indicar que cada regin del espectro se divide de los otros en cualquier forma fsica ; hay una transicin gradual de un regin a otra . El espectro de energa radiante se extiende sobre una gama de longitudes de onda de 10-16 a 105 metros . El Angstrom unidad ( A), el nanmetros (nm ) , y el micrmetro ( m), que son, respectivamente, 10-10 , 10-9 , y 10-6 m , son comnmente unidades usadas de longitud en la regin visible del espectro. El nanmetro es la unidad preferida de longitud de onda en el ultravioleta ( UV ) y de luz visible del espectro . El micrmetro se utiliza normalmente en la regin infrarroja ( IR ) .De particular importancia para iluminar la ingeniera son tres regiones del espectro electromagntico: UV, visibles, y IR. Sobre la base de las aplicaciones prcticas y el efecto obtenido, la regin del UV se divide en las siguientes bandas (por propsitos de ingeniera, la regin "luz negro" se extiende ligeramente hacia la porcin visible del espectro):

Otra divisin del espectro UV, a menudo utilizado por fotobiologistas, est dada por la Comisin Internacional de l'clairage (CIE):

La energa radiante en el espectro visible se encuentra entre 380 y 780 nm. A efectos prcticos, la energa radiante infrarroja esta dentro de la gama de longitud de onda de 0,78 a 103 m. Esta banda est arbitrariamente dividida como sigue:

En general, a diferencia de la energa UV, la energa infrarroja no es evaluada en cada longitud de onda, sino ms bien en trminos de toda esa energa incidente sobre una superficie. Ejemplos de estas aplicaciones son la calefaccin industrial, secado, coccin y reproduccin fotogrfica. Sin embargo, algunas aplicaciones, tales como dispositivos de visualizacin de IR, implican detectores sensibles a una gama restringida de longitudes de onda; en tales casos, las caractersticas espectrales de la fuente y el receptor son de importancia.

Figura 1-2 . Velocidad de la luz de una longitud de onda de 589 nm (Na lneas D )

Todas las formas de energa radiante se transmiten a la misma velocidad en el vaco ( 299.793 kilometros / s , o 186.282 km / s ) . Sin embargo , cada forma difiere en la longitud de onda y por lo tanto en la frecuencia . La longitud de onda y la velocidad pueden ser alterados por el medio a travs del que pasa , pero la frecuencia se mantiene constante , independiente del medio. Por lo tanto , a travs de la ecuacin

donden = ndice de refraccin del medio ,= Longitud de onda en el vaco ,= Frecuencia en Hz,Es posible determinar la velocidad de la energa radiante y tambin para indicar la relacin entre la frecuencia y la longitud de onda. Figura 1-2 da la velocidad de la luz en diferentes medios de comunicacin para una frecuencia que corresponde a una longitud de onda de 589 nm en el aire .La luz es . . . un cierto movimiento o una accin, concebida de una manera muy sutil , que llena los poros de todos los dems rganos . . . .- Ren Descartes, en La Dioptrique , 1637La radiacin de cuerpo negroLa intensidad y las propiedades espectrales de un radiador de cuerpo negro son slo depende de su temperatura. Un cuerpo negro radiador puede estar estrechamente aproximada por la potencia radiante emitida desde una pequea abertura en un recinto , las paredes se mantienen a una temperatura uniforme ( Figura 1-3 ) .La luz emitida por una fuente de luz prctica , sobre todo a partir de una lmpara incandescente, se describe a menudo en comparacin con un radiador de cuerpo negro . En teora , toda la energa emitida por las paredes del radiador de cuerpo negro es finalmente reabsorbida por las paredes ; es decir , ninguno escapa de la caja. Por lo tanto , un cuerpo negro ser , para la misma rea , irradiar ms potencia total y ms poder a una determinada longitud de onda que cualquier otra fuente de luz que funciona a la misma temperatura.

Figura 1-3 . Pequea abertura en un recinto exhibe caractersticas de cuerpo negro .

Entre 1948 y 1979, la luminancia de un cuerpo negro , funcionamiento con la temperatura de congelacin del platino ( 2042 K) , se utiliz como un estndar de referencia internacional para definir la unidad de intensidad luminosa . Especficamente, tiene una luminancia de 60 cd/m2 . Desde la operacin y mantenimiento de un radiador de cuerpo negro en el punto de congelacin del platino en una empresa importante , una se adopt una nueva definicin de la candela en 1979. La candela es ahora, bsicamente , la intensidad luminosa de una fuente 555.016 nm cuya intensidad radiante es 1/683 W / sr . La nueva unidad fotomtrica se basa en una unidad elctrica , el vatio , que puede ser precisa y conveniente medida con un radimetro calibrado elctricamente . Una ventaja adicional de esta definicin es que la magnitud de la unidad es independiente de la escala de temperatura internacional , que de vez en cuando cambia .Ley de Radiacin de Planck. Los datos que describen las curvas de radiacin de cuerpo negro se obtuvieron por Lummer y Pringsheim utilizando un tubo especialmente construido calentando uniformemente la fuente. Planck , introducio el concepto de cuantos discretos de energa , desarroll una ecuacin que representa estas curvas . Se da la radiancia espectral de un cuerpo negro como una funcin de longitud de onda y la temperatura . Vase la definicin de la ley de radiacin de Planck en el Glosario.La Figura 1-4 muestra la radiancia espectral de un cuerpo negro , en una escala logartmica , como una funcin de longitud de onda para varias temperaturas absolutas .Ley de Radiacin Wien . En el rango de temperatura de las lmparas de filamento incandescente ( 2.000 hasta 3.400 K) y en el visibleregin de longitud de onda (380 a 780 nm ) , una simplificacin de la ecuacin de Planck , conocida como la ley de radiacin de Wien , da unabuena representacin de la distribucin de cuerpo negro de radiancia espectral (vase el Glosario ) .Ley de Desplazamiento de Wien. Esto da la relacin entre la longitud de onda pico de radiacin de cuerpo negro a diferentes temperaturas (vase la lnea AB en la Figura 1-4 y el Glosario ) .Stefan -Boltzmann Derecho . Esta ley , obtenido mediante la integracin de la expresin de Planck para L de cero a infinito , establece que la potencia radiante total por unidad de superficie de un cuerpo negro vara como la cuarta potencia de la temperatura absoluta (vase el Glosario ) . Cabe sealar que esta ley se aplica a la potencia total , es decir , la totalidad del espectro. No se puede utilizar para estimar la potencia en la porcin visible del espectro solo.

Figura 1-4 . Curvas de radiacin de cuerpo negro para temperaturas de funcionamiento entre 500 y 20.000 K , mostrando Wein el desplazamiento de picos . El rea sombreada es la regin de longitudes de onda visibles .

Emisividad espectralNo se conoce radiador que tiene la misma potencia de emisin como un cuerpo negro . La relacin de la salida de un radiador en cualquier longitud de onda a la de un cuerpo negro a la misma temperatura y la misma longitud de onda se conoce como la emisividad espectral , ( ) , del radiador.Radiacin de cuerpo grisCuando la emisividad espectral es constante para todas las longitudes de onda , el radiador se conoce como un cuerpo gris . No hay radiador conocido que tiene una emisividad espectral constante para todos , IR, UV y longitudes de onda visibles , pero en la regin visible presenta un filamento de carbono de emisividad casi uniforme ; es decir , un filamento de carbono es casi un cuerpo gris para esta regin del espectro electromagntico .

Radiadores selectivosCuando la emisividad de todo el material conocido vara con la longitud de onda , el radiador se llama un radiador selectiva . En la Figura 1 -5 , las curvas de radiacin para un cuerpo negro , un cuerpo gris , y un radiador selectivo ( tungsteno ) , todo funciona a 3000 K, son trazados en la misma escala logartmica para mostrar las diferencias caractersticas en potencia radiante .

Figura 1-5 . Curvas de radiacin de cuerpo negro para , cuerpo gris , y radiadores selectivos que operan a 3000 K.

Temperatura de color y distribucin de la temperaturaLas caractersticas de radiacin de un cuerpo negro de rea desconocida pueden ser especificados con la ayuda de la ecuacin de Planck por la fijacin de slo dos cantidades : la magnitud de la radiacin en cualquier longitud de onda dada , y la temperatura absoluta . El mismo tipo de especificacin puede ser utilizado con precisin razonable en la regin visible del espectro para el filamentos de tungsteno y otras fuentes incandescentes . Sin embargo , la temperatura utilizada en el caso de radiadores selectivos no es la del filamento pero un valor llamado la temperatura de color .La temperatura de color de un radiador selectiva es que la temperatura a la que un cuerpo negro tendra que ser operado para producir el mismo color que el del radiador . La temperatura de color se calcula a partir de las coordenadas de cromaticidad ( u, v ) de la fuente ; pequeas diferencias entre cromaticidades de un cuerpo negro y una lmpara de filamento incandescente no son deimportancia prctica . Esto es cierto porque los interreflexiones que se producen en las superficies internas de la hlice formada por las bobinas utilizadas en muchas lmparas de tungsteno actan un poco como un radiador de cuerpo negro . Por lo tanto , las distribuciones de potencia espectral de filamentos enrollados exhiben caractersticas combinadas de un filamento recto y de un cuerpo negro que opera a la misma temperatura .Distribucin de temperatura es la temperatura de un cuerpo negro cuya relacin espectral de potencia de distribucin es el ms cercano a la del radiador dado. Temperatura de distribucin se define a partir de la distribucin de potencia espectral de la fuente.7

Figura 1-6 . Estructura esquemtica del tomo , que muestra las rbitas de electrones alrededor de un ncleo central . El hidrgeno y los tomos de helio son los ms simples de todas las estructuras atmicas.La temperatura del color y la temperatura de distribucin slo se aplican a las fuentes incandescentes . Las Temperaturas de color correlacionadas son utilizadas para describir la luz emitida desde otros tipos de fuentes . El color se trata con mayor detalle en el captulo 4, color .Estructura atmica y la radiacinLas teoras atmicas primero propuesto por Rutherford y Bohr en 1913 , ya se hanconfirmado y ampliadode una forma abrumadora con cantidad de evidencia experimental. Ellos presumen que cada tomo se asemeja a un sistema solar, tal como el que se muestra en la Figura 1-6 .El tomo consta de un ncleo central que posee una carga positiva + n , sobre la que giran n cargado negativamente electrones . En el estado normal de estos electrones permanecen en rbitas particulares , o los niveles de energa , y la radiacin no es emitida porel tomo .La rbita descrita por un electrn particular, que gira alrededor del ncleo se determina por la energa de ese electrn . en otras palabras , hay una energa particular asociado con cada rbita . El sistema de rbitas o niveles de energa es caracterstico de cada elemento y permanece estable a menos que sea perturbado por fuerzas externas .Los electrones de un tomo se pueden dividirse en dos clases . La primera clase incluye los electrones de la capa interior , que no estn eliminados o excitado excepto por radiacin de alta energa fcilmente . La segunda clase incluye la capa exterior ( valencia ) electrones , que causan el enlace qumico en las molculas . Los electrones de valencia son excitadas fcilmente por la radiacin UV o visible o por impacto de electrones y se puede quitar con facilidad relativa. Los electrones de valencia de un tomo en un slido , cuando se extraen de sus ncleos asociados , se introduce la llamada banda de conduccin y confiere a la slida propiedad de la conductividad elctrica.Despus de la absorcin de suficiente energa por un tomo en el estado gaseoso , el electrn de valencia es empujado a un mayor nivel de energa ms lejos del ncleo. Eventualmente , el electrn vuelve a la rbita normal , o uno intermedio , y en el momento de hacerlo la energa que el tomo pierde se emite como un cuanto de radiacin . La longitud de onda de la radiacin es determinado por la frmula de Planck :

dondeE2 = energa asociada con la rbita excitado,E1 = energa asociada con la rbita normal ,h = constante de Planck ,21 = frecuencia de la radiacin emitida como el electrn se mueve del nivel 2 al nivel 1.

Esta frmula se puede convertir en una forma ms til:

dondeVd = diferencia de potencial en voltios entre dos niveles de energa a travs del cual los electrones desplazados han cado en una transicin .Flujo luminoso y la Lumen8 , 9De particular importancia para ingeniera de la iluminacin es el lumen . El objetivo de esta seccin es mostrar cmo la energa elctrica del flujo radiante ( en vatios ) se convierte en flujo luminoso ( en lmenes ) , y describir los fundamentos del sistema para este proceso . El lumen es , de hecho , una unidad de relacin de flujo radiante ( en vatios ) a la radiacin visualmente eficaz (es decir , luz ) por un bservador humano estndar.Hay dos clases de fotorreceptores en el ojo humano, bastones y conos. La funcin fotpica V describe el espectral funcin de la eficacia luminosa para fotpica ( cono) la visin y la funcin escotpica V ' describe el espectro eficacia luminosa para escotpica ( varilla ) visin (Figura 1-7) .10La luminosa fotpica eficiencia funcin V se estableci en 1924 por la Comisin Internacional del clairage ( CIE) y est basado en los datos de varios experimentadores utilizando diferentes tcnicas. Las dos principales tcnicas utilizadas fueron el parpadeo de la fotometra y juego de brillo heterocromtica paso a paso.Fotometra de parpadeo es menos variable que la tcnica para la determinacin de la funcin de la eficiencia fotpica . Con esta tcnica , dos luces son vistos alternativamente en sucesin rpida . El resplandor de una luz , llamado la luz de referencia , se mantiene constante mientras que el resplandor de la otra luz , llamada la luz de la prueba , que es monocromtica , se vara hasta el punto mnimo de parpadeo que se percibe . En este punto las luminancias de las dos luces se definen para ser iguales . Cada longitud de onda de luz de prueba es en comparacin con la luz de referencia de esta manera . La longitud de onda asociada con el recproco de la luminosidad mnimo necesario para que coincida con la luz de referencia se define como el valor unitario de la funcin luminosa espectral fotpica ( V = 1 ) .En concordancia brillo heterochromatico, la luz de referencia de luminosidad constante se yuxtapone con la longitud de onda de prueba de luminosidad variable. El tema simplemente ajusta el brillo de cada longitud de onda de prueba hasta que parece ser igual en brillo a la referencia. Esta tcnica es muy variable y produce resultados muy diferentes de fotometra de parpadeo a no ser que la diferencia espectral entre la longitud de onda de prueba y la luz de referencia es pequea . Para obtener resultados tiles , a continuacin , la luz de referencia debe ser diferente para diferentes regiones del espectro . Puesto que la luz de referencia cambia a travs del espectro , este mtodo se conoce como la tcnica de coincidencia de brillo heterocromtica paso a paso . Una vez ms , la longitud de onda asociada con el valor mnimo necesario para igualar la luz ( s ) de referencia se define como el valor unitario de la funcin fotpica .Se utilizaron varias condiciones experimentales consistentes en estos primeros experimentos. Los campos de prueba eran pequeos, por lo general menos de 2 a travs de ; la luminancia era bastante bajo debido a las limitaciones de la fuente de luz , y un alumno natural fue utilizado por los sujetos durante la prueba . Gibson y Tyndall11 mont resultados de varios experimentos y recomend un particular,espectral funcin de la eficacia luminosa para el sistema fotpica ( cono) , que fue aprobado por un comit de la CIE en 1924.Modificacin al 1924 curva CIE seguido , basado en el trabajo de Judd en 1951. La curva de 1924 se demostr que era inadecuada en la descripcin de la sensibilidad visual en la regin de longitud de onda corta del espectro visible . Esta curva modificada fue publicado ms tarde por el CIE.12 Como no todos los campos de prueba de inters para los experimentadores eran 2 o menos , un funcin estndar para un campo de 10 se ide en 1964 , que muestra una todava mayor sensibilidad a las longitudes de onda cortas en la fotpica curva . Esto es probablemente debido al pigmento screening mcula ltea ( vase el captulo 3 , Visin y Percepcin ) .En 1951, el CIE tambin estableci una funcin de eficacia luminosa escotpica (Figura 1-7 ), basado en la tcnica heterochromatica de correspondencia de brillo (no paso a paso). Longitudes de onda de prueba se compararon con un grande, aproximadamente 20 ," blanco " campo de prueba con una luminancia de aproximadamente 0,00003 cd/m2. El campo fue visto por los sujetos utilizando alumnos despus de un largo perodo en la oscuridad (vase tambin la Figura 3-8).Es importante sealar que todas las personas en los estudios anteriores era de color normal. Un pequeo porcentaje de la poblacin (aproximadamente 8 % , en su mayora hombres ) no tienen los tres fotopigmentos cono o no tienen las mismas como el color -la gente normal . Las curvas de eficiencia luminosa fotpica sern diferentes para estas personas porque el conofotopigmentos determinan las formas de estas curvas .La funcin de la eficiencia luminosa fotpica se aplica a los estmulos visuales a la fvea y a niveles de luminancia ms alta que aproximadamente 3 cd/m2. La funcin de la eficacia luminosa escotpica se aplica a los estmulos visuales en las regiones fuera de la fvea y para luminancias por debajo de aproximadamente 0.001 cd/m2 . Una familia de funciones de eficiencia luminosas mespicas se requiere para la aplicacin a los estmulos luminosos entre aproximadamente 0,001 y 3 cd/m2 . La investigacin en esta rea est en going.13 , 14En la actualidad , las funciones de eficiencia luminosas mespicas an no se han definido oficialmente.15 Con la excepcin de especial mediciones con fines de investigacin , casi todas las cantidades fotomtricas se miden photopically , incluso a luminancias por debajo de 3 cd/m2 y para la visin perifrica . Consulte el Captulo 3 , la visin y la percepcin, para la discusin adicional sobre fotpica ,escotpica y visin mespica .La eficacia luminosa de las fuentes de luzLa eficacia luminosa de una fuente de luz se define como la relacin entre el flujo luminoso total ( en lmenes ) a la potencia totalde entrada ( en vatios ) .Hay 683 lmenes / watt a 555 nm. Dado que la funcin de la eficacia luminosa escotpica pico a una longitud de onda diferente(507 nm ) , es necesario establecer diferentes factores de escala para la fotpica y para la eficacia luminosa escotpica funciones . Por lo tanto , los lmenes fotpica , F y los lmenes escotpicas , F ' , deben ser determinados por la potencia espectral distribucin de la fuente de luz :

Figura 1-7 . Eficacia luminosa fotpica , V (), y escotpica Eficacia luminosa , '( ) Funciones V

dondeP = potencia espectral , en vatios , de la fuente en la longitud de onda ,V = valor de la funcin fotpica eficacia luminosa a ,= Intervalo en el que se midieron los valores de la potencia espectral ,y

donde'= Valor V escotpica luminosa eficiencia funcin en.La eficacia luminosa mxima de una fuente blanco ideal, definido como un radiador con salida constante sobre la parte visible del espectro y ninguna radiacin en otras partes , es de aproximadamente 220 lm / W.GENERACIN DE LUZFenmenos NaturalesLa luz del sol. Energa, con una temperatura de color de aproximadamente 6.500 K se recibe del sol a las afueras de la tierra de la atmsfera a una tasa promedio de alrededor de 1.350 W/m2. Alrededor del 75 % de esta energa llega a la superficie de la Tierra a nivel del mar ( en el ecuador ) en un da claro .La luminancia media del Sol es de aproximadamente 1.600 mcd/m2 visto desde el nivel del mar . La iluminacin en la tierra de superficie por el sol puede ser superior a 100 KLX ( 10.000 fc ); en das nublados la iluminancia se reduce a menos de 10 KLX ( 1.000 fc ) .Las frmulas para calcular estos valores estn en el Captulo 8 , La luz del da .Sky Light . Una considerable cantidad de luz es dispersada por la atmsfera de la tierra. Las investigaciones de Rayleigh primero mostr que se trataba de un verdadero efecto de dispersin . En teora la dispersin debe variar inversamente con el cuarto poder de la longitud de onda cuando el tamao de las partculas de dispersin es pequea en comparacin con la longitud de onda de la luz , como en el caso de que el aire propias molculas . El color azul de un cielo despejado y la apariencia rojiza del sol naciente o poniente son ejemplos comunes de este efecto de dispersin . Si las partculas de dispersin son relativamente grandes ( las gotas de agua en una nube , por ejemplo) , la dispersin es esencialmente la misma para todas las longitudes de onda ( nubes aparecen de color blanco ) . La luz dispersada por las partes del cielo est parcialmente polarizada , hasta el 50 %. Moonlight . La luna brilla slo por la reflexin de la luz solar . Puesto que la reflectancia de su superficie es ms bien baja , su luminancia es slo del orden de 2.500 cd/m2 . La temperatura de color correlacionada de luz de la luna es de alrededor de 4100 K , pero lo har variar ampliamente dependiendo de material en suspensin en la atmsfera . Iluminacin de la superficie de la tierra con la luna puede ser tan alto como 0,1 lx ( 0,01 fc ) .Rayo. El rayo es un fenmeno meteorolgico que surge de la acumulacin , en la formacin de las nubes , de enormes cargas elctricas , por lo general positivos , que son liberados de repente en una descarga de chispa . El espectro de rayo corresponde estrechamente a la de una chispa ordinaria en el aire , que consiste principalmente en bandas de nitrgeno , aunque las lneas de hidrgeno aveces aparecen debido a la disociacin del vapor de agua .Aurora boreal ( luces del norte ) y Aurora Australis (luces del sur ). Estas manchas o bandas de color verdoso brumoso de la luz, en el que las serpentinas blancas , rosadas o rojas a veces se superponen , aparecen entre 100 y 200 km ( 60 a 120 millas ) por encima de la tierra . Son causadas por corrientes de electrones en espiral a la atmsfera, principalmente en las latitudes polares. Algunas de las lneas en sus espectros se han identificado con las transiciones de los electrones de valencia de los estados metaestables de oxgeno y nitrgeno tomos .La bioluminiscencia. " Luz Viviente " es una forma de quimioluminiscencia en el que los compuestos especiales fabricados por las plantas y los animales se oxidan , produciendo luz. Los compuestos que producen la luz no siempre tienen que estar en un saln. Muchos compuestos bioluminiscentes pueden secarse y almacenarse muchos aos y, a continuacin , en respuesta a la exposicin a oxgeno o algn otro catalizador , emiten luz .Fuentes fabricadosHistricamente , las fuentes de luz se han dividido en dos tipos , incandescente y luminiscente. Fundamentalmente, la causa de la emisin de luz es el mismo: las transiciones electrnicas de mayor a menor los estados de energa . El modo de excitacin de electrones y la distribucin espectral de la radiacin resultante son diferentes , sin embargo . Sustancias slidas incandescentes emiten una espectro continuo , mientras que las expulsiones gaseosas que irradian principalmente en las lneas espectrales discretas . Existe cierta coincidencia , sin embargo.Incandescentes elementos de tierras raras pueden emitir espectros discretos , mientras que las descargas de alta presin producen una continuo espectro .Los dos tipos clsicos , con subdivisiones que muestran dispositivos o procesos asociados , son las siguientes ( vase tambin el captulo 6 , fuentes de luz , para la discusin de algunos de los siguientes) :I. incandescenciaA. lamparas con filamentoB. Pyroluminescence ( llamas )C. Candoluminescence ( croch )D. Radiacin de arco de carbonoII . luminiscenciaA. fotoluminiscencia1 . Vertidos gaseosos2 . Fluorescencia3 . Fosforescencia4 . Los lseresB. La electroluminiscencia1 . Lmparas electroluminiscentes (ac capacitiva)2 . Diodos emisores de luz3 . Catodoluminiscencia (excitacin de electrones )C. Varios Fenmenos de luminiscencia 1 . Galvanoluminescence ( qumica )2 . Crystalloluminescence ( cristalizacin )3 . Quimioluminiscencia (oxidacin )4 . Termoluminiscencia (calor)5 . Triboluminiscencia (friccin o fractura )6 . Sonoluminescence ( ultrasonidos )7 . Radioluminiscencia ( ,,, y los rayos X )INCANDESCENCIABombillas incandescentesTodos los objetos fsicos familiares son combinaciones de molculas qumicamente identificables, que a su vez se componen de tomos.En materiales slidos las molculas se empaquetan juntos , y las sustancias mantienen su forma en un amplio rango de condiciones fsicas . En contraste , las molculas de un gas son altamente mviles y ocupan slo una pequea parte del espacio ocupado por la de gas .Molculas de ambos gases y slidos son constantemente en movimiento a temperaturas por encima del cero absoluto ( 0 K o 273 C ) , y su movimiento es una funcin de la temperatura . Si el gas slido o es caliente, las molculas se mueven con rapidez; si hace fro , se mueven ms lentamente .A temperaturas por debajo de aproximadamente 873 K ( 600 C ) , slo la energa de IR ( calor ) es emitida por un cuerpo , por ejemplo , una estufa de carbn o una plancha elctrica . Transiciones electrnicas en los tomos y las molculas a temperaturas superiores a aproximadamente 600 C resulta en la liberacin de la radiacin visible , junto con el calor .La incandescencia de un filamento de la lmpara es causada por la accin de calentamiento de una corriente elctrica . Esta accin de calentamiento eleva la temperatura del filamento sustancialmente por encima de 600 C , produciendo luz.Pyroluminescence (Flame luminiscencia )Una llama es la prueba ms frecuentemente observado visible de combustin. La luz de la llama puede ser debido a la recombinacin de iones para formar molculas , la reflexin de partculas slidas en la llama , incandescencia de carbono o de otras partculas slidas , o cualquier combinacin de stos .El proceso de combustin es un intercambio de energa de alta temperatura entre molculas altamente excitados y tomos que el proceso libera y se irradia la energa , algunos de los cuales est en la parte del espectro electromagntico llamada luz . la la calidad y la cantidad de luz generada dependen de la combustin sometido el material . Por ejemplo , una lmpara de flash que contiene zirconio produce el equivalente de 56 lm / W , mientras que una llama de acetileno produce 0,2 lm / W.

Candoluminescence (Gas Manto )Incandescencia es exhibida por los rganos con calefaccin que emiten radiacin de longitud de onda ms corta que la esperada de acuerdo con las leyes de radiacin , a causa de la fluorescencia excitada por la radiacin incandescente. Materiales que producen tales emisiones incluyen xido de zinc , as como elementos de tierras raras ( de cerio , torio ) utilizados en el manto de gas Welsbach .Arco de carbn RadiacinUna fuente de arco de carbono se irradia por la incandescencia de los electrodos y porque de la luminiscencia de vaporizado del material del electrodo y otros constituyentes de la atmsfera gaseosa que rodea . Propagacin considerable en la luminancia , radiacin total , y la distribucin de potencia espectral se pueden lograr mediante la variacin de los materiales de los electrodos .LUMINISCENCIA 16-20La radiacin de fuentes luminiscentes resultados de la excitacin de electrones de valencia individuales de un tomo , ya sea en un estado gaseoso, donde cada tomo est libre de interferencias de sus vecinos , o en una molcula orgnica o slida cristalina, donde la accin de sus vecinos ejerce un marcado efecto . En el primer caso , resultado espectros de lnea , tales como los arcos de mercurio o de sodio. En el segundo caso , bandas de emisin estrechas resultado, que cubrir una porcin del espectro ( por lo general en la regin visible). Ambos casos contrastan con la radiacin de fuentes incandescentes, donde la excitacin irregular en alta temperatura de los electrones libres de innumerables tomos da lugar a todas las longitudes de onda de radiacin para formar un continuo espectro de la radiacin , como se discute en " radiacin de cuerpo negro " arriba.FotoluminiscenciaDescarga gaseosa . La radiacin, incluida la luz , puede ser producida por los vertidos gaseosos como se discuti anteriormente con " Estructura atmica y la radiacin . " Un mecanismo tpico para la luz de generacin ( fotones ) de una descarga gaseosa (como en una lmpara fluorescente ) se describe a continuacin (Figura 1-8).1 . Un electrn libre emitido desde el ctodo choca con uno de los dos electrones de valencia de un tomo de mercurio y excita por impartir a la misma parte de la energa cintica de los electrones en movimiento, lo que plantea la valencia del electrn de su nivel de energa normal a una ms alta .

Figura 1-8 . Diagrama de energa simplificado para el mercurio , que muestra algunas de las lneas espectrales caractersticas .

2 . El electrn de conduccin pierde velocidad en el impacto y cambia de direccin , sino que contina a lo largo del tubo para excitar o ionizar uno o ms tomos adicionales antes de perder su paso a paso la energa y completando su camino .generalmente termina en la pared del tubo , donde se recombina con un tomo ionizado . Una parte del electrn actual se recoge en el nodo.3 . Electrones de conduccin , ya sea desde el ctodo o formadas por procesos de colisin ,obtienen energa a partir del campo elctrico , manteniendo as la descarga a lo largo de la longitud del tubo .4 . Despus de un corto retardo el electrn de valencia vuelve a su nivel normal de energa , ya sea en una sola transicin o por una serie de pasos de un nivel excitado a un nivel inferior . En cada uno de estos pasos un fotn (quantum de radiacin de energa ) se emite . Si el electrn vuelve a su nivel normal de energa en una sola transicin , la radiacin emitida se llama radiacin de resonancia (Figura 1-9).5 . En algunos casos ( como en la lmpara de sodio de alta presin) una parte de la radiacin de resonancia es ensimismado por el gas de la descarga antes de que salga el sobre de descarga. La energa absorbida es luego re- irradiada como un continuo a cada lado de la longitud de onda resonante , dejando una regin deprimida o oscura en ese punto en el espectro .Fluorescencia . En la radiacin de la lmpara fluorescente , la radiacin UV resultante de la luminiscencia del vapor de mercurio , debido a un gas de descarga se convierte en luz por un revestimiento de fsforo en el interior del tubo o camisa exterior . Si esta emisin contina slo durante la excitacin , se denomina fluorescencia . La figura 1-9 muestra esquemticamente una seccin muy ampliada de una parte de una lmpara fluorescente .

Figura 1-9 . Seccin transversal ampliada de una lmpara fluorescente, que muestra esquemticamente los pasos progresivos en el proceso luminiscente , que finalmente resulta en la liberacin de la radiacin visible .

Figura 1-10 . Curva de fluorescencia de un fsforo tpica , mostrando la excitacin inicial por los rayos ultravioletas y posterior liberacin de radiacin visible.

Figura 1-11 . Diagrama de energa simplificado para un fsforo tpico.

Figura 1-12 . Caractersticas de color de importantes Fsforos Lmpara fluorescente

Los fsforos usados en las lmparas fluorescentes son compuestos inorgnicos cristalinos de excepcionalmente alta pureza qumica y composicin de control a la que se han aadido pequeas cantidades de otras sustancias ( los activadores ) para convertirlos en materiales fluorescentes eficientes . Con la correcta combinacin de activadores y compuestos inorgnicos , el color de la emisin puede ser controlada . Un modelo esquemtico tpico para un fsforo se da en la figura 1-10 , y un diagrama de energa para un fsforo tpico se muestra en la figura 1-11 . En el estado normal el electrn oscila alrededor de la posicin A en la energa curva de la Figura 1-11 , como se expande la celosa y contratos debido a la vibracin trmica. Para el fsforo para emitir luz que debe primero absorber la radiacin . En la lmpara fluorescente se trata principalmente a 253,7 nm. La energa absorbida transfiere el electrn a un estado excitado en la posicin B. Despus de la prdida del exceso de energa a la red en forma de energa vibratoria (calor) , el electrn de nuevo oscila alrededor de una posicin estable C durante un tiempo muy corto , despus de lo cual vuelve a la posicin D en la curva normal de energa , con emisin simultnea de un fotn de radiacin . La ley de Stokes , que indica que la radiacin emitida deber ser de ms largo de longitud de onda que la absorbida , se explica fcilmente por este modelo . A continuacin, vuelve a A con una mayor prdida de energa en forma de calentar y est listo para otro ciclo de excitacin y de emisin .Debido a la oscilacin alrededor de las dos posiciones estables A y C , los procesos de excitacin y emisin cubren los rangos de longitud de onda, conocida comnmente como bandas .En algunos fsforos dos activadores estn presentes . Uno de ellos , el activador primario , determina las caractersticas de la absorcin y se pueden usar solos , ya que tambin da emisin . El otro , el activador secundario, no entra en el mecanismo de absorcin , sino que recibe su energa por transferencia dentro del cristal de un activador de primaria vecina. la luz emitida desde el activador secundario es ms largo en longitud de onda que la de la activador primario . La cantidad relativa de emisin de los dos activadores se determina por la concentracin del activador secundario . Los fsforos ahora se utiliza en la mayora de las lmparas fluorescentes "blancas" son fsforos halofosfato de calcio doblemente activados en combinacin con fsforos activados con tierras raras .Figura 1-12 muestra los colores caractersticos y usos de fsforos empleadas actualmente en la fabricacin de lmparas fluorescenteslmparas . Figura 1-13 da las caractersticas de algunos fsforos tiles con lmparas de mercurio y halogenuros metlicos . Las impurezas de distintos activadores y excesivas cantidades de activadores tienen un efecto perjudicial grave sobre la eficiencia de un phosphor.20La fosforescencia . En algunos materiales fluorescentes , los electrones pueden ser atrapados en estados excitados metaestables durante un tiempo que van desde milisegundos a das. Despus de la liberacin de estos estados que emiten luz. Este fenmeno se llama fosforescencia . Los estados metaestables se encuentran ligeramente por debajo de los estados excitados habituales responsables de la fluorescencia , y energa que suele obtenerse de calor se requiere para transferir el electrn del estado metaestable al estado emisor . desde el mismo estado que emite se implica generalmente , el color de la fluorescencia y la fosforescencia es generalmente el mismo para dado de fsforo . En fsforos doblemente activados del activador secundario phosphoresces ms largo que el activador primario , por lo que los cambios de color con el tiempo. Corta duracin fosforescencia es importante en las lmparas fluorescentes en la reduccin de parpadeo en corriente alterna operacin ( AC ) .Los fsforos activados por la radiacin IR tienen un tipo inusual de fosforescencia . Despus de excitacin que muestran fosforescencia , que se vuelve invisible en unos pocos segundos . Sin embargo , conservan una cantidad considerable de energa atrapados en estados metaestables , que pueden ser liberados como luz por la radiacin IR de la longitud de onda apropiada.Solid Laser.21 - 23 Lser ( amplificacin de luz por emisin estimulada de radiacin ) son de gran inters para iluminaringenieros (vase el captulo 6 , las fuentes de luz ) . Adems de amplificar la luz, lseres producen un calor intenso y altamente monocromtica, luz coherente y colimada .

Figura 1-13 . Caractersticas de color de algunos fsforos para mercurio y lmparas de halogenuros metlicosLa luz coherente consta de irradiacin, cuyas ondas se encuentran en fase con respecto al tiempo y el espacio. La luz ordinaria , a pesar de que puede contener una proporcin finita de la luz coherente, es incoherente porque se producen los procesos atmicos que causan su emisin de una manera aleatoria . En un lser, sin embargo, las transiciones electrnicas se activan ( estimuladas ) por una onda de la misma frecuencia como la luz emitida. Como consecuencia , un rayo de luz se emite , todos cuyos ondas estn en fase , y de la misma frecuencia .Un requisito previo para la accin del lser es un proceso de bombeo mediante el cual un nivel de electrones menor en el material activo superior y someterse a una inversin de poblacin . La fuente de bombeo puede ser una luz , como en un lser de rub , o excitacin electrnica , como en un gas lser.La eleccin de materiales con lser es bastante limitado . En primer lugar , debe ser posible altamente rellenar un nivel electrnico superior ; segundo , debe haber una transicin de emisin de luz a partir de este nivel superior con una larga vida til ; en tercer lugar, debe existir un nivel ms bajo que puede ser despoblada , ya sea de forma espontnea o mediante bombeo.Construccin lser es tan importante para la accin del lser , como es el material fuente . Dado que las longitudes de onda de luz es muy corta como para permitir la construccin de una cavidad resonante , largas cmaras mltiples nodales se hacen con reflectores paralelos en cada extremo para alimentar la radiacin de fondo hasta que tiene lugar la accin lser . El efecto es producir luz bien colimado que es altamente direccional.Tomemos como ejemplo el lser de color rosa rub, cuyos transiciones electrnicas se muestran en la Figura 1-14 , y cuya construccin mecnica se indica en la figura 1-15 . Este lser es bombeado por un tubo de flash (A ) , y electrones en el rub ( B ) son levantados desde E1 a nivel E3. Los electrones decaen rpidamente y espontneamente de E3 a E2 . A continuacin, pueden moverse espontneamente de E2 a E1 y emitir lentamente una luz fluorescente , 21 h ( vase la Ecuacin 1-3), o bien pueden ser estimuladas para emitir luz coherente,h 21 . El reflector completa (c ) y el reflector parcial ( d ) canalizar la radiacin coherente , h 21 , hasta que se ha acumulado suficiente para emitan luz coherente h 21 a (d ) . El hecho de que este punto de vista se ha reflejado en numerosas ocasiones por espejos paralelos asegura que est bien colimado . Los electrones estn entonces disponibles para el bombeo adicional (Figura 1-16). Figura 1-14 . Representacin esquemtica simplificada de las transiciones electrnicas en un lser de rub .Laser Gas . En un lser slido hay tres requisitos: un material que reacciona con energa a la luz, una poblacin la inversin generada por el bombeo en energa en el nivel correcto y un crecimiento de la energa interna causada por la reflexin de fotones dentro del slido . Mientras que los mismos requisitos se cumplen en un lser de gas , otras dos caractersticas estn disponibles, lneas saber fuertes y estrechas espectrales y emisin desigual en los diferentes niveles de energa. Un ejemplo de un lser de gas es tal que contiene una mezcla de helio y nen ( figura 1-17 ) . El helio se utiliza como gas energizante porque tiene un nivel de la que puede perder energa slo por la colisin . Este nivel corresponde a aquella en la que se irradia la energa de nen en el forma de luz roja . En energizante helio en una descarga de gas en el interior de una cavidad cuyos extremos estn reflexionando y que contiene tanto helio y el nen , el helio transfiere energa por colisin con nen. El nen excitado emite fotones , las cuales comienzan a amplificar en cascada entre las dos superficies reflectantes hasta que la energa interna es tan grande que las prdidas a travs del espejo parcialmente la transmisin se igualan a las ganancias internas y el lser se satura .

Figura 1-15 . Diagrama simplificado de un lser de rub .

Figura 1-16 . Cascada de fotones en un lser slido . Antes de que comience la acumulacin , los tomos en el cristal de lser se encuentran en la estado fundamental ( a) . Bombeo de luz [ flechas en ( b ) ] plantea la mayora de los tomos en el estado excitado. La cascada ( c ) comienza cuando un tomo excitado emite espontneamente un fotn paralelo al eje del cristal ( fotones emitidos en otras direcciones desmayar del cristal ) . La acumulacin contina en ( d ) y (e ) a travs de miles de reflexiones de ida y vuelta de las superficies plateadas en los extremos del cristal ). Cuando la amplificacin es grande suficiente , la luz pasa a cabo en ( f).

Figura 1-17 . Estructura del lser de gas de helio-nen , muestra las partes esenciales. El funcionamiento del lser depende la mezcla correcta de helio y el nen para proporcionar un medio activo . Un excitador de frecuencias radioelctricas pone energa en el medio . El haz de salida se construye mediante pases repetidos de ida y vuelta entre las placas finales que reflejan .Semiconductor lser . Un tercer tipo de lser utiliza un material slido semiconductor donde fluye la corriente de electrones travs de una unin entre los de tipo p ( deficiente en electrones ) y de tipo n de material ( rico en electrones ) produce electrones adicionales en la banda de conduccin (Figura 1-18) . Estos irradian sobre su transicin de regreso a la banda de valencia o estados de menor energa . Si la actual unin es lo suficientemente grande , no habr ms electrones cerca del borde de la banda de conduccin que los que hay en el pueden ocurrir borde de la banda de valencia , y una inversin de poblacin . Para usar este efecto , el cristal semiconductor se pule con dos caras paralelas perpendiculares al plano de unin . Las ondas amplificadas a continuacin, se pueden propagar a lo largo del plano de la unin y se reflejan hacia atrs y adelante en las superficies .Electroluminescence24Algunos fsforos convierten la energa de corriente alterna directamente en luz , sin necesidad de utilizar un paso intermedio como en una descarga de gas , utilizando el fenmeno de la electroluminiscencia .

Figura 1-18 . Diagrama de un p - n LED unin .

Figura 1-19 . Seccin transversal esquemtica de una lmpara electroluminiscente .Lmparas electroluminiscentes ( ac capacitivas ) . Una lmpara electroluminiscente se compone de un rea de dos dimensiones conductor ( transparente u opaco ) en la que se deposita una capa de dielctrico - fsforo . Una segunda rea de dos dimensiones conductor de material transparente se deposita sobre la mezcla de dielctrico - fsforo .Un campo elctrico alterno se establece entre los dos conductores con la aplicacin de un voltaje a travs de los dos - (rea) conductores dimensiones. Bajo la influencia de este campo , algunos electrones en el fsforo electroluminiscente son emocionados. Durante el regreso de estos electrones a su tierra o estado normal el exceso de energa se irradia como luz.Figura 1-19 muestra una vista en seccin transversal de una lmpara electroluminiscente . Figura 1-20 da las propiedades de algunos fsforos electroluminiscentes .El color de la luz emitida por una lmpara electroluminiscente depende de la frecuencia , mientras que la luminancia depende de la frecuencia y el voltaje . Estos efectos varan de fsforo a fsforo .La eficacia de los dispositivos electroluminiscentes es bajo en comparacin con las lmparas incandescentes . Es del orden de unos pocos lmenes por vatios .Diodos emisores de luz . Diodos emisores de luz (LED) producen luz mediante electroluminiscencia bajo tensin continua se aplica corriente a un cristal convenientemente dopado que contiene una unin pn ( figura 1-18 ) . El dopaje se realiza tpicamente con elementos de la columna III y V de la tabla peridica de elementos . Cuando es activado por una corriente de polarizacin directa , Si , la unin pn emite luz a una longitud de onda definida por la diferencia de energa regin activa , Eg .El fenmeno se observ ya en 1923 en los cruces de origen natural , pero no se consider prctico debido a su baja eficacia luminosa en la conversin de energa elctrica a la luz. La eficacia ha aumentado considerablemente desde entonces de tal manera queLos LED se utilizan para las seales , indicadores , letreros y pantallas.

Figura 1-20 . Propiedades de algunos fsforos electroluminiscentes

Cuando se aplica la corriente de polarizacin directa Si los, electrones portadores minoritarios se inyectan en la regin p y el correspondiente electrones portadores minoritarios se inyectan en la regin n . Emisin de fotones se produce como resultado de electrn-hueco recombinacin en la regin p . Electron transiciones de energa a travs de la brecha de energa , llamados recombinaciones radiativas , producir fotones ( es decir , luz) , mientras que las transiciones de energa de derivacin , llamadas recombinaciones no radiantes , producen fonones (es decir ,calor). El intersticio de banda de energa Por ejemplo , se muestra en la figura 1-18 , es la separacin entre la banda de energa de conduccin y la valencia banda de energa en el cristal de semiconductores . Las caractersticas de la banda prohibida de energa determinan la eficiencia cuntica y las longitudes de onda de radiacin del dispositivo LED. Por ejemplo , la longitud de onda de energa radiante , est dada por

donde h es la constante de Planck y c es la velocidad de la luz .Las eficacias luminosas de LED AlInGaP tpicos y los LED de InGaN para diferentes longitudes de onda de los picos se muestran en la figura1-21 .La eficacia depende de la energa visible generado en la unin y las prdidas debidas a la reabsorcin cuando los intentos de luz para escapar a travs del cristal . Debido al alto ndice de refraccin de la mayora de los semiconductores , la luz es reflejada por la superficie en el cristal y altamente atenuada antes de finalmente salir . La eficacia se expresa en trminos de este ltimo energa visible medible se llama la eficacia externa . Las eficacias externos son moderados , aunque en el interior las eficacias se calculan a ser muy alto. Para obtener ms informacin, consulte el captulo 6 , las fuentes de luz .Catodoluminiscencia . Catodoluminiscencia se emite luz cuando una sustancia es bombardeada por un haz de electrones desde un ctodo , como en los tubos de rayos catdicos y la imagen de televisin .

Figura 1-21 . Propiedades de los LEDs AlInGaP y InGaN

Varios fenosmenos de luminiscenciaGalvanoluminescence . Galvanoluminescence es la luz que aparece en el nodo o el ctodo cuando las soluciones son electrolizadas .Crystalloluminescence . Crystalloluminescence ( lyoluminescence ) se observa cuando las soluciones se cristalizan ; se cree que es debido a la rpida reforma de molculas de iones . La intensidad aumenta despus de agitar , quizs a causa detriboluminiscencia ( ver abajo).La quimioluminiscencia . La quimioluminiscencia ( oxyluminescence ) es la produccin de luz durante una reaccin qumica en las temperaturas ambiente . Los verdaderos chemiluminescences son las reacciones de oxidacin que implican cambios de valencia.La termoluminiscencia . La termoluminiscencia es luminiscencia exhibida por algunos materiales cuando se calienta ligeramente . en total casos de termoluminiscencia , el efecto depende de una cierta iluminacin anterior o la radiacin del cristal .Diamantes, apatita mrmol , cuarzo y fluorita son termoluminiscencia .Triboluminiscencia . Triboluminiscencia ( piezoluminescence ) es la luz producida por temblores, la friccin o por aplastamiento de cristales . Triboluminiscentes luz puede ser el resultado de los centros de luz inestables previamente expuestos a alguna fuente o radiacin, como la luz, los rayos X, las emisiones de radio y los rayos catdicos ; centros que no estn expuestos a la radiacin anterior , pero caracterstico del cristal en s ; o descargas elctricas de fracturar los cristales.Sonoluminescence . Sonoluminescence es luz que se observa cuando las ondas sonoras se transmiten a travs de fluidos . Se produce cuando los fluidos estn completamente protegidos de un campo elctrico y siempre est conectado con cavitacin ( la formacin de cavidades de gas o vapor en un lquido ). Se cree que las burbujas de gas minuto de gas cavitada desarrollan una carga considerable como sus aumentos de superficie. Cuando se derrumban , su capacidad disminuye y su tensin se eleva hasta una descarga toma colocar en el gas , causando una luminiscencia dbil .Radioluminiscencia . Radioluminiscencia es la luz emitida por un material bajo el bombardeo de los rayos , o radiografas .

DETECCIN DE LUZHistricamente , el ojo se utiliza para la mayora de las evaluaciones fotomtricas . Hoy en da , los detectores fsicos casi han eliminado la evaluacin visual con fines fotomtricas . Dos tipos de detectores fsicos comunes en uso hoy en da son fotodiodos y tubos fotomultiplicadores . Detectores trmicos y detectores fotoconductores se utilizan para mediciones de IR .FotodiodosLos fotodiodos son los fotodetectores ms utilizados para fotometra y radiometra . Debido a su excelente linealidad y estabilidad ( ausencia de fatiga) , reemplazaron las clulas de selenio , que haban sido ampliamente utilizados. Los fotodiodos son basado en uniones pn de estado slido que reaccionan a los estmulos externos como la luz . En lugar de emitir luz LED para la unin p -n los fotones son absorbidos en la unin pn (Figura 1-18) . Detectores estn hechos de materiales de estado slido especficas tales como silicio , germanio , y de indio - arseniuro de galio ( InGaAs ) . Fotodiodos de silicio tienen la sensibilidad de la UV a cerca de - Regin IR del espectro , y su respuesta espectral generalmente aumenta aproximadamente de forma lineal con la longitud de onda en toda la regin visible del espectro . En combinacin con un filtro de respuesta espectral fotpica , fotodiodos de silicio se emplean comnmente en fotmetros . Recientes fotodiodos de silicio de alta calidad tienen un rango dinmico de ocho rdenes de magnitud o ms grande y tambin se pueden utilizar con la electrnica especiales para niveles muy bajos donde fotomultiplicadores haban sidorequeridos .Sobre la base de la fsica cuntica de fotodiodos , se pueden utilizar algunos tipos de fotodiodos de silicio de alta calidad como de normas radiomtricas precisin. Este mtodo, llamado la tcnica de auto - calibracin de fotodiodos de silicio, se introdujo durante la tarde 1970s.25 , 26 Hoy en da, las normas radiomtricas de mayor precisin emplean radimetros criognicos , pero el fotodiodo de silicio son ampliamente utilizados como los estndares de transferencia ms estables de radiometra en la regin visible y de IR cercano del espectro electromagntico .Tubos fotomultiplicadoresTubos fotomultiplicadores ( PMT) son ampliamente utilizados como detectores para aplicaciones fotomtricas y radiomtricas que requieren alta sensibilidad ( figura 1-22 ) . Un PMT es un tubo de vaco con un fotoctodo , un nmero de dnodos ( es decir , una serie de electrodos ) , y un nodo . Las altas tensiones se aplican entre el fotoctodo y dynodes y el nodo. El primer elemento , El fotoctodo , es negativamente sesgada y expulsar fotones (llamados fotoelectrones ) en respuesta a la energa radiante , debido a la efecto fotoelctrico. Los fotoelectrones golpean los prximos dynodes con mayor energa , la creacin de ms electrones (secundarios electrones ) , que fluyen a la siguiente dnodo donde se emiten incluso ms electrones , causando finalmente un efecto cascada que multiplica el nmero original de fotoelectrones por varios rdenes de magnitud . Por lo tanto , fotomultiplicadores tienen muy alta sensibilidad . Rangos de respuesta espectral dependen del fotoctodo y el tipo de vidrio en el sobre exterior , pero generalmente cubriremos la regin visible. Algunos otros se extienden a la UV y regiones de infrarrojo cercano del espectro . La estabilidad de la alimentacin de tensin al PMT es especialmente crtico para mediciones precisas. Fotodiodos de silicio generalmente son ms estables que PMT . Fotmetros que emplean un PMT generalmente requieren una fuente de calibracin interna .

Figura 1-22 . Diagrama esquemtico de un fotomultiplicador y su circuito elctrico . De: G. Wyszecki y W. Stiles,La ciencia del color . Copyright 1982 . Reproducido con permiso de John Wiley & Sons , Inc.Detectores trmicosTermpilas y bolmetros son conocidos como detectores trmicos . Detectores trmicos tienen una superficie receptora de luz revestida con el material negro como el carbn negro negro y oro. Cuando la luz incide sobre la superficie de color negro , que hace que la superficie su temperatura este en aumento debido a la radiacin absorbida. El aumento de la temperatura es proporcional a la potencia absorbida de la radiacin . Termpilas emplean una serie de termopares para medir la temperatura. Bolmetros emplean metal o materiales semiconductores que tienen resistencia dependiente de la temperatura .Detectores trmicos se utilizan muy poco en la fotometra debido a su baja sensibilidad ( en varios rdenes de magnitud inferior a fotodiodos de silicio ) y el tiempo de respuesta lento. Una ventaja de detectores trmicos , sin embargo , es que tienen generalmente respuesta espectral selectiva, y estn por consiguiente muy adecuado para mediciones de potencia radiante . Detectores trmicos estn siendo usados a menudo en la regin IR del espectro donde otros detectores cunticos no estn disponibles .Detectores fotoconductorasDetectores fotoconductoras son semiconductores cuya resistencia cambia directamente como resultado de la absorcin de fotones . estos detectores utilizan materiales tales como sulfuro de plomo ( PbS ) , seleniuro de plomo ( PbSe ) , teluro de cadmio mercurio ( HgCdTe ) , cadmio sulfuro (CdS) , y seleniuro de cadmio ( CdSe ) . Detectores fotoconductoras son ampliamente utilizados para las mediciones de IR .

PTICA CONTROL27 - 29pticos de control se puede proporcionar en un nmero de maneras . Todos son aplicaciones de uno o ms de los siguientes fenmenos :reflexin, refraccin , polarizacin , interferencia , difraccin , difusin , y absorcin .

Figura 1-23. La ley de la reflexin establece que el ngulo de incidencia , i , es igual al ngulo de reflexin , r .

Reflexin y ReflectoresLa reflexin es el proceso por el cual una parte de la luz que cae sobre un medio deja que el medio desde el lado de incidencia . Reflection puede ser especular, difusin , difusa o compuesto , y selectivo o no selectivo . Reflexin desde la parte frontal de una placa transparente se denomina reflejo de primera superficie, y que a partir de la parte de atrs se llama la segunda superficie de reflexin . refraccin y la absorcin mediante el apoyo a los medios de comunicacin se evitan en la reflexin de primera superficie .Reflexin especular . Si se pule una superficie , que refleja especularmente ; es decir, el ngulo entre el rayo y la reflejada normal a la superficie ser igual al ngulo entre el rayo incidente y la normal , como se muestra en la figura 1-23 . Si dos o ms rayos se reflejan , pueden producir una imagen virtual, erecta o invertida de la fuente.Reflectores especulares . Ejemplos de reflectores especulares son :1 . Metal pulido suave y superficies de vidrio o de plstico liso aluminizados o plateadas . Utilizacin lmparas Reflector la reflexin de primera superficie cuando el interior del bulbo est recubierto con un metal delgada que refleja la superficie de espejo , como se muestraEn la Figura 1 - 24b . La luz reflejada desde la superficie superior de un medio transparente , tal como una placa de vidrio , como en La figura 1 - 24a y C , tambin es un ejemplo de la reflexin de primera superficie . Como se muestra en la figura 1-25 , menos de 5 % de la luz incidente se refleja en la primera superficie a menos que golpea la superficie con ngulos amplios de lo normal .El brillo de la seda y el brillo de papel liso o recubiertos son imgenes de las fuentes de luz reflejados en la primera superficie .2 . Retrovisores de superficie. Parte de la luz , la cantidad dependiendo del ngulo de incidencia , se refleja en la primera superficie . El resto pasa por el medio transparente a un revestimiento de espejo de la superficie posterior , donde se refleja como se muestra en la figura 1 - 24c .

Reflexin a partir de superficies curvas . La figura 1-26 muestra la reflexin de un haz de luz por una superficie cncava y por una superficie convexa . Un rayo de luz que incide sobre la superficie en el punto T obedece la ley de la reflexin (Figura 1-25 ) , y tomando cada rayo por separado , los caminos de varios rayos reflejados se pueden construir .

Figura 1-24 . Reflexiones de ( a) un medio transparente , tal como vidrio transparente placa , y de ( b ) la superficie frontal y (c ) espejos de superficie trasera .

En el caso de los rayos paralelos reflejada desde una superficie cncava , todos los rayos pueden ser dirigidos a travs de un punto F comn pordisear adecuadamente la curvatura de la superficie . Esto se conoce como el punto focal. La longitud focal FA se denota por f .Corre Reflexin. Si una superficie reflectante no es lisa ( es decir, corrugado , grabado al agua fuerte , o martillado ) , se extiende rayos paralelos en un cono de rayos reflejados , como se muestra en la figura 1 - 27b .Corre Reflectores . Superficies con una ligera textura o martillados reflejan los rayos individuales en ngulos ligeramente diferentes , pero todos en la misma direccin general. Estos se utilizan para suavizar las irregularidades de haz y donde el control moderada o haz mnimo se desea propagacin .

Figura 1-25 . Efecto del ngulo de incidencia y del estado de polarizacin en el porcentaje de luz reflejada en un aire -superficie de vidrio : ( a) de luz que est polarizada en el plano de incidencia ; ( b) La luz no polarizada ; ( c ) la luz que es polarizada en un plano perpendicular al plano de incidencia .

Figura 1-26 . Punto focal y la distancia focal de las superficies curvas .

Cepillado , superficies onduladas, con hoyuelos , grabados o guijarros consisten en pequeas superficies especulares en planos irregulares. Cepillado la superficie se propaga la imagen en ngulo recto a la de cepillado . PEBBLED , martillado , o superficies grabadas producen un parche al azar de los puntos destacados . Estos se utilizan cuando se requieren grandes vigas libres de estras y las imgenes de incandescencia .El ngulo a travs del cual se propagan las reflexiones puede ser controlado por granallado adecuado , para los que las ecuaciones que describe en radio y la profundidad estn disponibles . Shot o arenado y grabado pueden causar graves prdidas en la eficiencia como resultado de mltiples reflexiones en direcciones aleatorias .Reflexin difusa . Si un material tiene una superficie rugosa o se compone de cristales minutos o partculas de pigmento , la reflexin es difusa . Cada rayo que cae sobre una partcula infinitesimal obedece a la ley de la reflexin , pero como las superficies de las partculas estn en diferentes planos , que reflejan la luz en muchos ngulos , como se muestra en la figura 1 - 27c .Reflectores difusos . Pinturas planas y otros acabados y materiales mates reflejan en todos los ngulos y exhiben poca direccional de control . Estos se utilizan cuando se desea la amplia distribucin de la luz.

Figura 1-27 . El tipo de reflexin depende de la superficie : ( a) superficie pulida ( especular ) ; ( b ) la superficie spera( extendido ); ( c ) superficie mate (difusa ) .Reflexin Compuesto . La mayora de los materiales comunes son reflectores compuestos y presentan los tres componentes de reflexin (especular , se difunden y difusa) en diferentes grados. En algunos, uno o dos componentes predominan , como se muestra en la Figura 1 -28 . Especular y estrechamente propagan reflexiones (por lo general los reflejos de superficie ) hacen que el brillo de aluminio grabado y pintura semibrillante .Difundir - Reflectores especulares . Esmalte de porcelana , acabados sintticos brillantes y otras superficies con un transparente brillante terminar ms de una exposicin de base mate ningn control direccional a excepcin de un rayo especularmente reflejada como se muestra en la figura 1 -28a , con una intensidad de aproximadamente 5 a 15% de la luz incidente .

Figura 1-28 . Los ejemplos de compuesto reflexin : ( a) difuso y especular ; ( b ) difuso y extendido ; ( c ) especular y se extendi .

Figura 1-29 . La reflexin total se produce cuando sen r = 1 . El IC ngulo crtico vara con el medio .Reflexin total . La reflexin total de un rayo de luz en una superficie de un medio de transmisin ( figura 1-29 ) se produce cuando el ngulo de incidencia ( i ) excede de un cierto valor cuyo seno es igual a n2/n1 , la relacin de ndices de refraccin . Si el ndice de refraccin del primer medio ( N1 ) es mayor que la del segundo medio ( N2 ) , sen r se convertir en la unidad cuando el pecado i es igual a n2/n1 . En los ngulos de incidencia mayor que este ngulo crtico , los rayos incidentes se reflejan totalmente (Figura 1-30).En la mayor parte de vidrio reflexin total se produce siempre que el pecado i es mayor que 0,66 , es decir, para todos los ngulos de incidencia mayor que 41.8 (vidrio al aire ). Tuberas de luz por el alumbrado lateral y la transmisin de luz a travs de varillas y tubos , son ejemplos del total (reflexin interna).Cuando la luz , pasando a travs del aire, golpea un pedazo de vidrio ordinario ( n2/n1 1.5 ) normal a su superficie , aproximadamente el 4 % es reflejada desde la superficie superior y 4 % de la superficie inferior . Aproximadamente el 92 % de la luz se transmite . la proporcin de aumento de luz reflejados como el ngulo de incidencia se incrementa ( figura 1-25 ) .

Figura 1-30 . Representacin de la transmisin de luz a travs de una sola fibra de un sistema de fibra ptica , que muestra ( a) reflexiones internas y ( b ) el efecto de la localizacin de la fuente de luz sobre la colimacin de la luz .Fibra ptica. La fibra ptica es la rama de la ptica de que se trate con las fibras , vidrio o plstico cilndrica delgada de ptica calidad. Entrar en un extremo de la fibra de luz se transmite al otro extremo a travs del proceso de reflexin interna total (Figura 1-30). Con el fin de evitar fugas de luz desde una fibra , que est recubierta con un material de bajo ndice de refraccin . grande nmero de fibras ( de 100 a 1.000.000 ) pueden ser agrupados juntos para formar un haz . Haces de fibras son de dos grandes tipos: coherentes y no coherentes . La primera se utilizan para la transmisin de imgenes , y cada fibra individual est orientado cuidadosamente con respecto a sus vecinos en todo el paquete . Paquetes no coherente tienen ubicaciones aleatorias de fibras en el haz , pero son adecuados para la transmisin de la luz entre puntos.Refraccin y refractoresUn cambio en la velocidad de la luz ( velocidad de propagacin , no la frecuencia ) se produce cuando un rayo sale de un material y entra otro de mayor o menor densidad ptica. La velocidad se reducir si el medio introducido es ms denso , y aumenta si se es menos denso .Excepto cuando la luz entra en un ngulo normal a la superficie del nuevo medio , el cambio en la velocidad es siempre acompaada de una flexin de la luz de su trayectoria original en el punto de entrada , como se muestra en la figura 1-31 . es conocido como refraccin . El grado de flexin depende de las densidades relativas de las dos sustancias , en la longitud de onda de la luz , y en el ngulo de incidencia , siendo mayor para las grandes diferencias en la densidad que para los pequeos . La luz se curva hacia la normal a la superficie cuando se entra en un medio ms denso , y lejos de la normal cuando se entra en un menos denso materialCuando la luz se transmite de un medio a otro , cada rayo sigue la ley de la refraccin. Cuando los rayos de la huelga o introduzca un nuevo medio , que tambin pueden estar dispersos en muchas direcciones debido a las irregularidades de la superficie , tales como grietas finas , marcas de molde , araazos o cambios en el contorno , o debido a los depsitos extranjeros de suciedad , grasa o humedad.

Figura 1-31 . La refraccin de los rayos de luz en una superficie plana provoca la flexin de los rayos incidentes y desplazamientode los rayos emergentes . Un rayo que pasa a partir de un medio raro a un medio ms denso se dobla hacia la normal a la interfaz , mientras que un rayo que pasa a partir de una densa a un medio ms raro se dobla alejndose de la normal .La ley de Snell. La ley de la refraccin ( ley de Snell ) se expresa como sigue :

donden1 = ndice de refraccin del primer medio ,i = ngulo de incidencia del rayo de luz con las formas de la normal a la superficie,n2 = ndice de refraccin del segundo medio,R = ngulo de las formas de rayos de luz refractado con la normal a la superficie .Cuando el primer medio es aire , de los cuales el ndice de refraccin por lo general se toma como 1 ( el valor de vaco ; esta aproximacin estn basados con tres decimales ), la frmula se convierte en

Las dos interfaces de la placa de vidrio se muestra en la figura 1-31 son paralelas , y por lo tanto la entrada y los rayos emergentes tambin son paralelos . Los rayos son desplazadas una de otra ( una distancia D ) debido a la refraccin .Ejemplos de refraccin. Un ejemplo comn de refraccin es la aparente flexin de una paja en el punto donde entra el agua en un vaso de bebida . Aunque la paja es recta , los rayos de luz procedentes de la parte de la paja bajo el agua son refractadas cuando pasan desde el agua en el aire y parecen provenir de puntos ms altos .Directores de luz prismticas , como se muestra en la figura 1 - 32a y b , pueden ser diseados para proporcionar una variedad de distribuciones de luz utilizando los principios de la refraccin . Sistemas de lentes que controlan la luz por refraccin se utilizan en los faros de automviles y en faro , lmpara de alta intensidad y de Fresnel foco lentes.Prismas . Considere la posibilidad de la ley de Snell :

Esta ecuacin indica, ya que la velocidad de la luz es una funcin de los ndices de refraccin de los medios de comunicacin que participan y tambin de longitud de onda , que la trayectoria de la salida de un prisma ser diferente para cada longitud de onda de la luz incidente y para cada ngulo de incidencia ( figura 1-33 ) . Esta separacin ordenada de la luz incidente en su espectro de longitudes de onda componentes se llama dispersin .

Figura 1-32 . Los sistemas pticos que utilizan las propiedades de refraccin de prismas y lentes : ( a) la unidad de alumbrado pblico en que la pieza exterior controla la luz en direcciones vertical (

concentracin de los rayos en un haz estrecho en alrededor de 75 respecto a la vertical ) y la pieza de re interno dirige la luz en el plano horizontal. El r