¿Cuál es el brillo de una fuente de luz y el brillo de una superficie reflectante?

Para calcular la iluminación de varias superficies, a veces es muy conveniente considerar las fuentes de luz como fuentes puntuales. Pero en realidad, no hay fuentes puntuales de luz, siempre tienen un tamaño específico y su propia forma. Una lámpara, una lámpara de araña, una lámpara de pie, un reflector, etc. son reales, es decir, no son fuentes puntuales de luz que no pueden caracterizarse únicamente por el poder de la luz.

Si, por ejemplo, consideramos una bola luminosa ubicada en la distancia, y la comparamos con otra bola luminosa, con exactamente la misma intensidad de luz, pero de un diámetro diferente, resulta que aunque las bolas crean la misma iluminación a distancias iguales, no obstante para el observador se ven diferentes: una bola de menor diámetro se ve más brillante que una bola más grande.

La razón de este fenómeno es que, aunque la intensidad luminosa de las bolas es la misma, una de ellas tiene una superficie radiante más grande y la otra tiene una superficie más pequeña. Esto significa que el poder de la luz emitida desde un área unitaria no es el mismo para estas fuentes, y este parámetro es obviamente mayor para una bola pequeña.

Pero incluso si comenzamos a considerar algún tipo de fuente de luz desde cierta distancia, entonces para nosotros no importará tanto el área real de la superficie emisora ​​de luz como el área visible, es decir, su tamaño en proyección sobre el plano de observación perpendicular a la dirección de nuestra mirada.

Por lo tanto, para que un observador caracterice completamente una fuente de luz real que tenga dimensiones y forma, necesita conocer tanto la intensidad de la luz de la fuente como la magnitud de la intensidad de la luz por unidad de área de la superficie visible de la fuente.

Esta relación se denomina brillo L de la fuente del conjunto, y si la intensidad de la luz es igual a I, y el área visible es igual a s, entonces el brillo de la fuente de luz será igual (la intensidad de la luz se puede describir aquí a través del flujo de luz y el ángulo sólido, entonces el brillo será igual al flujo de luz emitido desde unidad de área de la superficie visible de la fuente de luz dentro de una unidad de ángulo sólido):

En las fuentes de luz, el brillo de sus diferentes secciones es diferente: en una lámpara fluorescente, los bordes de la bombilla son más oscuros, y la llama de la vela es más brillante en el halo alrededor de la mecha, etc. El brillo también depende en gran medida de qué lado estamos mirando la fuente.

Si, por ejemplo, observa el arco de soldadura por casualidad, en la dirección perpendicular a la descarga resultará más brillante que al mirar el mismo arco desde un lado. Es decir, el brillo caracteriza la superficie que emite luz en una dirección seleccionada y estrictamente definida. Esta es una característica muy importante, porque es nuestro brillo el que responde al brillo (intensidad luminosa por unidad de área), y no a la intensidad luminosa per se.

La intensidad luminosa se mide en candelas, respectivamente el brillo, en candelas por metro cuadrado. Una candela por metro cuadrado tiene el brillo que posee un plano luminoso, emitiendo luz de cada metro cuadrado con una fuerza de 1 candela (Cd) en la dirección perpendicular al plano. Por ejemplo, aquí están los brillos aproximados de algunas fuentes de luz comunes:

Al actuar sobre nuestros ojos, las fuentes de luz pueden ser peligrosas. Si el brillo es superior a 160,000 candelas por metro cuadrado, esto causará dolor en el ojo. Para evitar los efectos nocivos de la luz brillante, la humanidad ha aprendido varios trucos.

Las bombillas de las potentes lámparas incandescentes se hacen opacas y de gran tamaño, con el fin de dispersar la luz, para que no se emita desde un área pequeña del filamento, sino desde una gran superficie del foco o pantalla. Por lo tanto, el brillo se reduce a seguro para los ojos, y la iluminación permanece casi sin cambios.

Si hablamos de superficies reflectantes, como paredes pintadas, pantallas de proyección, productos decorativos, etc., exhiben propiedades reflectantes difusas con respecto a la fuente de luz. Esto significa que reflejan parcialmente la luz incidente sobre ellos, y ahora ellos mismos actúan como fuentes de luz de brillo medio, pero de un área extensa.

Esto juega en nuestras manos, ya que las fuentes de luz estándar (lámpara, lámpara, vela, candelabro, linterna) tienen un brillo significativo, pero una superficie pequeña. Mientras tanto, la superficie iluminada tendrá un brillo proporcional a su exposición a la luz E, porque cuanto mayor sea el flujo luminoso en la superficie reflectante, mayor será su brillo.

Y el brillo de esta superficie será proporcional a su albedo r (del latín albus - blanco), la característica de la reflectividad difusa de la superficie. Cuanto mayor es el albedo r, es decir, la mayor parte del flujo de luz incidente dispersado por la superficie, mayor es el brillo de dicha superficie.

Entonces, el brillo de la superficie iluminada es proporcional al producto del albedo y la iluminación, y en diferentes direcciones, el brillo será diferente, dependiendo del patrón de dispersión de la superficie iluminada.

Si la superficie dispersa uniformemente la luz incidente sobre ella, entonces el brillo en cualquier dirección se calcula de manera bastante simple. Si el diagrama de dispersión es complejo, calcular el brillo se convertirá en una tarea bastante complicada.

Para una dispersión uniforme, es suficiente usar la fórmula (iluminación - en lux, brillo - candelas por metro cuadrado):

Supongamos que hay una pantalla de proyección con un albedo de 0.8, y la iluminación es de 60 Lux, entonces el brillo será de 0.8 * 60 / 3.14 = 15.3 candelas por metro cuadrado. Aquí hay ejemplos de superficies muy comunes y su brillo:

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