1º luminotecnia

LUMINOTECNIALUMINOTECNIA
LA LUZ Y LA VISIÓNLA LUZ Y LA VISIÓN

LaLa LuminotecniaLuminotecnia es laes la
ciencia que estudia las distintasciencia que estudia las distintas
formas de producción de luz, asíformas de producción de luz, así
como su control y aplicación.como su control y aplicación.
LUMINOTECNIA

LUMINOTECNIALUMINOTECNIA
La luz natural y artificial excita nuestros ojosLa luz natural y artificial excita nuestros ojos
permitiéndonos la visión del mundo quepermitiéndonos la visión del mundo que
nos rodea.nos rodea.
La naturaleza de la luz, el color, la fisiologíaLa naturaleza de la luz, el color, la fisiología
y el funcionamiento del ojo y los factoresy el funcionamiento del ojo y los factores
que influyen en la visión son los temasque influyen en la visión son los temas
tratados aquí.tratados aquí.

Luz y sentido de la visión, dos caras de la mismaLuz y sentido de la visión, dos caras de la misma
moneda. Sin una la otra no tiene sentido.moneda. Sin una la otra no tiene sentido.
Sin luz los ojos no podría percibir las formas, losSin luz los ojos no podría percibir las formas, los
colores de los objetos y, en definitiva, el mundocolores de los objetos y, en definitiva, el mundo
que nos rodea.que nos rodea.
Sin una visión que interpretara la luz, esta noSin una visión que interpretara la luz, esta no
serviría de nada.serviría de nada.

LA LUZLA LUZ
La luz, que llega a nuestros ojos yLa luz, que llega a nuestros ojos y
nos permite ver, es un pequeñonos permite ver, es un pequeño
conjunto de radiacionesconjunto de radiaciones
electromagnéticas de longitudeselectromagnéticas de longitudes
de onda comprendidas entre losde onda comprendidas entre los
380 nm y los 770 nm.380 nm y los 770 nm.

El espectro electromagnéticoEl espectro electromagnético
La luz forma parte del espectro electromagnético queLa luz forma parte del espectro electromagnético que
comprende tipos de ondas tan dispares como los rayoscomprende tipos de ondas tan dispares como los rayos
cósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, loscósmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los
infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros.infrarrojos y las ondas de radio o televisión entre otros.
Cada uno de estos tipos de onda comprende unCada uno de estos tipos de onda comprende un
intervalo definido por unaintervalo definido por una magnitud característicamagnitud característica queque
puede ser la longitud de onda (puede ser la longitud de onda (λλ) o la frecuencia (f).) o la frecuencia (f).
Recordemos que la relación entre ambas es:Recordemos que la relación entre ambas es:
DondeDonde:: cc es la velocidad de la luz en el vacío (c = 3·10es la velocidad de la luz en el vacío (c = 3·1088
m/s).m/s).

ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
 Naturaleza de la luzNaturaleza de la luz
La luz, al igual que la electricidad, el calor, etc. Es una de lasLa luz, al igual que la electricidad, el calor, etc. Es una de las
manifestaciones de la energía.manifestaciones de la energía.
Se puede producir de varias maneras:Se puede producir de varias maneras:
 O bien calentando hasta la incandescencia cuerpos sólidosO bien calentando hasta la incandescencia cuerpos sólidos
o gases (fundamento de las lámparas de incandescencia).o gases (fundamento de las lámparas de incandescencia).
 O bien por medio de una descarga eléctrica entre dosO bien por medio de una descarga eléctrica entre dos
placas de material conductor sumergido en un gas ionizadoplacas de material conductor sumergido en un gas ionizado
o en un vapor metálico (de mercurio, de sodio, etc.). Este eso en un vapor metálico (de mercurio, de sodio, etc.). Este es
el fundamento de las lámparas de descarga.el fundamento de las lámparas de descarga.

En todos los casos, a los manantialesEn todos los casos, a los manantiales
luminosos ha de proporcionárseles energíaluminosos ha de proporcionárseles energía
(calorífica, eléctrica, etc.) que se transforma(calorífica, eléctrica, etc.) que se transforma
en energía luminosa.en energía luminosa.
Así:Así:
 en una lámpara eléctrica se consumeen una lámpara eléctrica se consume
energía eléctrica,energía eléctrica,
 Y en una lámpara de gas se consumeY en una lámpara de gas se consume
energía química por combustión, etc.energía química por combustión, etc.

Para comprender mejor la naturaleza de la luz,Para comprender mejor la naturaleza de la luz,
vamos a proponer un ejemplo sencillo evamos a proponer un ejemplo sencillo e
intuitivo.intuitivo.
Supongamos que se lanza una piedra al centro deSupongamos que se lanza una piedra al centro de
un estanque se forman ondas que seun estanque se forman ondas que se
propagan a lo largo y ancho del estanque,propagan a lo largo y ancho del estanque,
ondas que se van amortiguando hastaondas que se van amortiguando hasta
desaparecer. El efecto del choque de la piedradesaparecer. El efecto del choque de la piedra
sobre el estanque ha repercutido lejos y se hasobre el estanque ha repercutido lejos y se ha
notado a bastante distancia del lugar donde senotado a bastante distancia del lugar donde se
ha producido el choque.ha producido el choque.

De la misma forma, una fuente luminosa emite ondasDe la misma forma, una fuente luminosa emite ondas
luminosas. Pero hay dos diferencias con el ejemplo queluminosas. Pero hay dos diferencias con el ejemplo que
hemos expuesto.hemos expuesto.
 En primer lugar, la luz no necesita un medio materialEn primer lugar, la luz no necesita un medio material
para propagarse. La luz se propaga incluso en el vacío.para propagarse. La luz se propaga incluso en el vacío.
Por esta razón nos llega la luz del Sol que se propaga aPor esta razón nos llega la luz del Sol que se propaga a
través del vacío interplanetario.través del vacío interplanetario.
 La otra diferencia es que, en el estanque, las ondas seLa otra diferencia es que, en el estanque, las ondas se
propagan sobre una superficie plana, es decir, en dospropagan sobre una superficie plana, es decir, en dos
dimensiones. La luz, en cambio, se propaga en las tresdimensiones. La luz, en cambio, se propaga en las tres
dimensiones del espacio, de manera que una fuente dedimensiones del espacio, de manera que una fuente de
luz cualquiera (por ejemplo una lámpara) puedeluz cualquiera (por ejemplo una lámpara) puede
considerarse como un centro del que irradian las ondasconsiderarse como un centro del que irradian las ondas
luminosas en todas las direcciones del espacio.luminosas en todas las direcciones del espacio.

El aspecto que tienen en común las ondasEl aspecto que tienen en común las ondas
del estanque y las luminosas es que, endel estanque y las luminosas es que, en
ambos casos, el efecto se aprecia muyambos casos, el efecto se aprecia muy
lejos en el espacio.lejos en el espacio.

Así pues, la luz tiene estas tres propiedadesAsí pues, la luz tiene estas tres propiedades
fundamentales:fundamentales:
 Se propaga en el vacío en forma de ondasSe propaga en el vacío en forma de ondas
 Se propaga en todas las direcciones del espacioSe propaga en todas las direcciones del espacio
 Se transmite a distanciaSe transmite a distancia
Según la física, estas propiedades son las queSegún la física, estas propiedades son las que
definen una radiación.definen una radiación.
UnaUna radiaciónradiación es la transmisión de energía aes la transmisión de energía a
través del espacio sin soporte material,través del espacio sin soporte material,
realizada por medio de ondas.realizada por medio de ondas.

ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ
La onda en la cual se propaga la luz es considerada como
una radiación simple en general (como una senoide), y
de ella podemos definir los siguientes parámetros:

• Propiedades de la radiación luminosa
a) Longitud de onda
Es una propiedad variable de la misma, que se define como
el camino recorrido por una radiación durante un periodo
Las longitudes de ondas se expresan en unidades de
longitud y se representan por medio de la letra griega “λ”
(Lambda)

λ es variable, puesto que la
velocidad de las radiaciones
electromagnéticas dependen de
la naturaleza del medio a través
del cual se propagan.
Las unidades más empleadas para medir la longitud de onda son:
•El ángstrom (Ǻ)= 10-10
m

 Propiedades de la radiación luminosa
b) Periodo
Es una característica invariable de la misma, y se define
como el tiempo que tarda una radiación en recorrer un
ciclo.
Se mide en segundos y se representa por la letra “T”.
También se define como el tiempo que tarda la onda en
ocupar dos posiciones idénticas.

c) Frecuencia
Es una característica invariable de la misma, y se define
como el número de ciclos completos efectuados por
una radiación durante un segundo.
Se expresa en “ciclos por segundo” o en cualquiera de
sus múltiplos (kilociclo o megaciclo), la unidad es el
Hertzio (Hz) y se designa por la letra “f”.
La frecuencia y el periodo son magnitudes inversas, o sea
que:
f
T
1
=
T
f
1
=

c) Velocidad de propagación
Es la velocidad con que se propaga la onda a través
del espacio.
Se representa por la letra “v”

Se supone siempre que las radiaciones se transmiten con
movimiento uniforme; para los cuales el espacio tiene la
siguiente expresión: e = v t
Y en nuestro caso:
 λ = e
 T = t
 v = V
De estas magnitudes junto con la frecuencia
“f” se establecen las siguientes relaciones:
Tv ⋅=λ
T
v
1
λ=
T
f
1
= λ⋅= fv

 Propiedades de la radiación luminosaPropiedades de la radiación luminosa
Cada una de las radiaciones conocidas (ondasCada una de las radiaciones conocidas (ondas
hertzianas, rayos x, rayos ultravioletas,hertzianas, rayos x, rayos ultravioletas,
radiaciones luminosas, etc.), se diferencia de lasradiaciones luminosas, etc.), se diferencia de las
demás, por que tiene una longitud de onda, ydemás, por que tiene una longitud de onda, y
una velocidad de propagación propias y distintasuna velocidad de propagación propias y distintas
a las demás radiaciones,a las demás radiaciones,

Propiedades de la radiación luminosa

 Propiedades de la luzPropiedades de la luz
Cuando la luz encuentra un obstáculo en su camino chocaCuando la luz encuentra un obstáculo en su camino choca
contra la superficie de este y una parte escontra la superficie de este y una parte es reflejadareflejada..
Si el cuerpo es opaco el resto de la luz seráSi el cuerpo es opaco el resto de la luz será absorbidaabsorbida..
Si es transparente una parte será absorbida como en el casoSi es transparente una parte será absorbida como en el caso
anterior y el resto atravesará el cuerpoanterior y el resto atravesará el cuerpo transmitiéndosetransmitiéndose. Así. Así
pues, tenemos tres posibilidades:pues, tenemos tres posibilidades:
 ReflexiónReflexión..
 Transmisión-refracciónTransmisión-refracción..
 AbsorciónAbsorción..

Para cada una se define un coeficiente que nos daPara cada una se define un coeficiente que nos da
el porcentaje correspondiente en tanto por uno.el porcentaje correspondiente en tanto por uno.
Son:Son:
 el factor de reflexión (el factor de reflexión (ρρ),),
 el de transmisión-refracción (el de transmisión-refracción (ττ))
 y el de absorción (y el de absorción (αα ))
que cumplen:que cumplen:

 La reflexiónLa reflexión
es un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra laes un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra la
superficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gasessuperficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gases
como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está regidacomo la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos) y está regida
por lapor la ley de la reflexiónley de la reflexión..
La dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipoLa dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo
de superficie.de superficie.
Si es una superficie brillante o pulida se produce laSi es una superficie brillante o pulida se produce la reflexión regularreflexión regular
en que toda la luz sale en una única dirección.en que toda la luz sale en una única dirección.
Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todasSi la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas
direcciones se llamadirecciones se llama reflexión difusareflexión difusa..
Y, por último, está el caso intermedio,Y, por último, está el caso intermedio, reflexión mixtareflexión mixta, en que, en que
predomina una dirección sobre las demás. Esto se da enpredomina una dirección sobre las demás. Esto se da en
superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.

Cuando una superficie devuelve la luz que incide sobre ella, seCuando una superficie devuelve la luz que incide sobre ella, se
dice que refleja la luz.dice que refleja la luz.
La reflexión de la luz depende principalmente de las siguientesLa reflexión de la luz depende principalmente de las siguientes
circunstancias:circunstancias:
a)a) Condiciones moleculares de la superficie reflectanteCondiciones moleculares de la superficie reflectante. Por. Por
ejemplo, una superficie lisa refleja mejor la luz que unaejemplo, una superficie lisa refleja mejor la luz que una
superficie rugosa.superficie rugosa.
b)b) Ángulo de incidencia de los rayos luminososÁngulo de incidencia de los rayos luminosos..
c)c) Color de los rayos incidentesColor de los rayos incidentes. La luz blanca se refleja mejor. La luz blanca se refleja mejor
que la luz coloreada.que la luz coloreada.

LA LUZ Y LA VISIÓN
• La reflexión
La ley fundamental de reflexión dice así:
el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión
Esta ley fundamental es solamente teórica. En la práctica se cumple
solo cuando la superficie sobre la que incide el rayo luminoso es
solamente lisa y brillante como, por ejemplo la de un espejo.
En este caso se produce lo que llamamos reflexión dirigida o reflexión
especular. en que toda la luz sale en una única dirección.

LA LUZ Y LA VISIÓN
• La reflexión
Cuando la superficie sobre la que incide el rayo luminoso es rugosa y
brillante (por ejemplo, papel de aluminio), a cada rayo incidente
corresponden varios rayos reflejados, que cumple sólo
aproximadamente la ley fundamental de la reflexión. En este caso se
trata de reflexión semidirigida

LA LUZ Y LA VISIÓN
• La reflexión
Finalmente, cuando la superficie es rugosa y mate, por ejemplo, un trozo
de tela blanca, el rayo incidente se refleja en todas las direcciones del
espacio y, por lo tanto, no se cumple la ley fundamental de la
reflexión. En este caso se habla de reflexión difusa.

 Transmisión-refracciónTransmisión-refracción
se produce cuando un rayo de luz es desviado de suse produce cuando un rayo de luz es desviado de su
trayectoria al atravesar una superficie de separacióntrayectoria al atravesar una superficie de separación
entre medios diferentes según laentre medios diferentes según la ley de la refracciónley de la refracción..
Esto se debe a que la velocidad de propagación de la luzEsto se debe a que la velocidad de propagación de la luz
en cada uno de ellos es diferente.en cada uno de ellos es diferente.

 AbsorciónAbsorción
LaLa absorciónabsorción es un proceso muy ligado ales un proceso muy ligado al colorcolor. El ojo. El ojo
humano sólo es sensible a las radiacioneshumano sólo es sensible a las radiaciones
pertenecientes a un pequeño intervalo del espectropertenecientes a un pequeño intervalo del espectro
electromagnético. Son los colores que mezcladoselectromagnético. Son los colores que mezclados
forman la luz blanca. Su distribución espectralforman la luz blanca. Su distribución espectral
aproximada es:aproximada es:

 AbsorciónAbsorción
Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de losCuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los
colores que la componen son absorbidos por lacolores que la componen son absorbidos por la
superficie y el resto son reflejados. Las componentessuperficie y el resto son reflejados. Las componentes
reflejadas son las que determinan el color quereflejadas son las que determinan el color que
percibimos. Si las refleja todas es blanco y si laspercibimos. Si las refleja todas es blanco y si las
absorbe todas es negro. Un objeto es rojo porque reflejaabsorbe todas es negro. Un objeto es rojo porque refleja
la luz roja y absorbe las demás componentes de la luzla luz roja y absorbe las demás componentes de la luz
blanca. Queda claro, entonces, que el color con queblanca. Queda claro, entonces, que el color con que
percibimos un objeto depende del tipo de luz que lepercibimos un objeto depende del tipo de luz que le
enviamos y de los colores que este sea capaz deenviamos y de los colores que este sea capaz de
reflejar.reflejar.

RELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓNRELACIÓN ENTRE REFLEXIÓN, ABSORCIÓN Y TRANSMISIÓN
Cuando se ilumina una superficie:Cuando se ilumina una superficie:
 una parte del flujo luminoso se refleja,una parte del flujo luminoso se refleja,
 otra parte atraviesa dicha superficie quedando absorbida por el cuerpootra parte atraviesa dicha superficie quedando absorbida por el cuerpo
 y una tercera parte de la luz incidente se transmite a través dely una tercera parte de la luz incidente se transmite a través del
cuerpo.cuerpo.
Esto quiere decir que los tres fenómenos (reflexión, absorción yEsto quiere decir que los tres fenómenos (reflexión, absorción y
transmisión) están íntimamente ligados y en todos los casostransmisión) están íntimamente ligados y en todos los casos
tendremos:tendremos:
Donde:Donde:
= flujo luminoso total= flujo luminoso total
= flujo luminoso reflejado= flujo luminoso reflejado
= flujo luminoso absorbido= flujo luminoso absorbido
= flujo luminoso transmitido= flujo luminoso transmitido
tar Φ+Φ+Φ=Φ0
rΦ
0Φ
tΦ
aΦ

Hemos de tener en cuenta las siguientes consideraciones:Hemos de tener en cuenta las siguientes consideraciones:
a)a) En los cuerpos opacos, el flujo luminoso transmitido esEn los cuerpos opacos, el flujo luminoso transmitido es
nulo, ya que los cuerpos opacos no dejan pasar la luz.nulo, ya que los cuerpos opacos no dejan pasar la luz.
b)b) No existe en ningún caso cuerpos reflectantes puros. ElNo existe en ningún caso cuerpos reflectantes puros. El
cuerpo más reflectante que se conoce es la plata pulida.cuerpo más reflectante que se conoce es la plata pulida.
c)c) Según estas explicaciones, los cuerpos iluminados seSegún estas explicaciones, los cuerpos iluminados se
convierten en fuentes luminosas secundarias o virtuales.convierten en fuentes luminosas secundarias o virtuales.
De esta forma es como las superficies iluminadas seDe esta forma es como las superficies iluminadas se
hacen visibles directamente o por transparenciahacen visibles directamente o por transparencia

LlamamosLlamamos factor reflexiónfactor reflexión, que simbolizamos con la letra, que simbolizamos con la letra ρρ,, a laa la
relación entre el flujo reflejado y el incidente, es decir:relación entre el flujo reflejado y el incidente, es decir:
LlamamosLlamamos factor absorciónfactor absorción, que simbolizamos con la letra, que simbolizamos con la letra αα, a la, a la
relación entre el flujo absorción y el incidente, es decir:relación entre el flujo absorción y el incidente, es decir:
LlamamosLlamamos factor transmisiónfactor transmisión, que simbolizamos con la letra, que simbolizamos con la letra ττ, a la, a la
relación entre el flujo transmitido y el incidente, es decir:relación entre el flujo transmitido y el incidente, es decir:
0Φ
Φ
= r
ρ
0Φ
Φ
= a
α
0Φ
Φ
= t
τ

De las expresiones anteriores obtenemos fácilmente la relación:De las expresiones anteriores obtenemos fácilmente la relación:
y dividiendo ambos miembros por obtenemos:y dividiendo ambos miembros por obtenemos:
Es decir, que la suma de los factores de reflexión. absorción y transmisiónEs decir, que la suma de los factores de reflexión. absorción y transmisión
eses igual a la unidadigual a la unidad
0000 Φ+Φ+Φ=Φ ταρ
0Φ
1=++ ταρ

En la tabla se exponen los factores de reflexión,En la tabla se exponen los factores de reflexión,
absorción y transmisión correspondientes a diversosabsorción y transmisión correspondientes a diversos
materiales usuales en luminotecnia.materiales usuales en luminotecnia.
Hay que tener en cuenta que la absorción representa enHay que tener en cuenta que la absorción representa en
todos los casos una pérdida, por lo que deben utilizarsetodos los casos una pérdida, por lo que deben utilizarse
normalmente materiales de bajo factor de absorción,normalmente materiales de bajo factor de absorción,
excepto en casos muy especiales como la iluminaciónexcepto en casos muy especiales como la iluminación
decorativa.decorativa.

REPRODUCCIÓN CROMATICAREPRODUCCIÓN CROMATICA
La reproducción cromática es la posibilidad que tiene unaLa reproducción cromática es la posibilidad que tiene una
fuente luminosa de reproducir fielmente un color.fuente luminosa de reproducir fielmente un color.
Para medirla usamos el rendimiento de color, que es unaPara medirla usamos el rendimiento de color, que es una
medida de la fidelidad en la reproducción de los coloresmedida de la fidelidad en la reproducción de los colores
bajo distintas fuentes de luz.bajo distintas fuentes de luz.
El rendimiento de color es un índice que expresa la diferenciaEl rendimiento de color es un índice que expresa la diferencia
existente entre los colores que se ven bajo la luz de laexistente entre los colores que se ven bajo la luz de la
lámpara en cuestión y los colores que se verían utilizandolámpara en cuestión y los colores que se verían utilizando
una determinada fuente luminosa como referencia. Para eluna determinada fuente luminosa como referencia. Para el
cálculo del rendimiento de color se utilizan ocho muestrascálculo del rendimiento de color se utilizan ocho muestras
de color internacionalmente escogidas.de color internacionalmente escogidas.

Las lámparas de mayorLas lámparas de mayor índice deíndice de rendimientorendimiento cromático soncromático son
las delas de incandescenciaincandescencia, seguidas de las, seguidas de las fluorescentesfluorescentes y lasy las
dede halogenuros metálicoshalogenuros metálicos. Las de sodio de alta presión. Las de sodio de alta presión
tienen un índice bastante bajo y para las de sodio de bajatienen un índice bastante bajo y para las de sodio de baja
presión no es aplicables esta característica, pues emitepresión no es aplicables esta característica, pues emite
una radiación amarilla monocromática.una radiación amarilla monocromática.
Si para iluminar un cuerpo en lugar de emplear luz blancaSi para iluminar un cuerpo en lugar de emplear luz blanca
usamos una luz monocromática, el color de estos cuerposusamos una luz monocromática, el color de estos cuerpos
nos aparecerá deformado.nos aparecerá deformado.

Por esta razón, para conseguir una reproducción cromáticaPor esta razón, para conseguir una reproducción cromática
adecuada, las lámparas monocromáticas no debenadecuada, las lámparas monocromáticas no deben
utilizarse para el alumbrado de interiores (comerciales o deutilizarse para el alumbrado de interiores (comerciales o de
viviendas) porque falsean la percepción del color.viviendas) porque falsean la percepción del color.
Para una buena reproducción cromática, un objeto se debePara una buena reproducción cromática, un objeto se debe
iluminar al menos con los tres colores primarios.iluminar al menos con los tres colores primarios.
Tampoco se obtiene una reproducción cromática adecuadaTampoco se obtiene una reproducción cromática adecuada
con lámparas cuyos espectros luminosos seancon lámparas cuyos espectros luminosos sean
discontinuos. Por ejemplo, en los cuerpos iluminados condiscontinuos. Por ejemplo, en los cuerpos iluminados con
lámparas de vapor de mercurio, el color rojo se percibelámparas de vapor de mercurio, el color rojo se percibe
como negro.como negro.

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