La visión humana depende de la luz. La luz se refleja en las superficies de los ojos, pasando por la córnea y la pupila para formar una imagen en la retina. El ojo es sensible a una gama muy amplia de intensidad luminosa, pero a niveles bajos pierde la capacidad de discernir los detalles. Por eso, los trabajos de precisión, como la cirugía, la medición o el montaje, se realizan mejor bajo una luz brillante. Trabajar con poca luz provoca fatiga y errores. Los accidentes laborales son más frecuentes cuando los niveles de luz son bajos. Además, una buena iluminación determina que las personas puedan observar un espectáculo y tomar fotografías de calidad. Para ayudar a entender la medición de la intensidad de la luz, este Libro Blanco de OMEGA Engineering aborda:
- ¿Qué es la luz?
- ¿Cómo se mide la luz?
- Situaciones en las que es necesario medir la luz
- Tecnología de medición de la luz
- Equipos de medición de la luz
¿Qué es la luz?
La luz es una forma de energía electromagnética que viaja por el espacio como una onda. Al igual que las microondas y los rayos X, estas ondas tienen una longitud de onda y una frecuencia. La diferencia es que los humanos poseen receptores capaces de percibir la energía con longitudes de onda entre 400 y 700 nm y convertirla en imágenes.
Las distintas longitudes de onda se corresponden con distintos colores. La luz con una longitud de onda de unos 420 nm se percibe como azul, 525 nm es verde y 635 nm es roja. Las longitudes de onda más largas se denominan infrarrojos (que se perciben como calor) y las ondas más cortas son ultravioletas y luego rayos X.
Las fuentes de luz basadas en el calor (fuentes «incandescentes») irradian energía electromagnética en todas las longitudes de onda, por lo que parecen blancas. La distribución real de las longitudes de onda dentro de esa luz depende de la temperatura de la fuente. Las luces fluorescentes aparecen blancas sólo como resultado de la fluorescencia de un recubrimiento en el vidrio o tubo y los LEDs emiten luz sólo en una longitud de onda específica.
¿Cómo se mide la luz?
Una fuente de luz, como el filamento de una bombilla incandescente, emite luz en todas las direcciones. En efecto, se sitúa en el centro de una esfera de luz radiada (por eso las unidades de luz hacen referencia al estereorradián). La energía total de toda la luz emitida se denomina «flujo luminoso».
La unidad fundamental de la luz es la candela, nominalmente la luz emitida por una vela, o más exactamente, «una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 hercios y que tiene una intensidad radiante en esa dirección de 1/683 vatios por estereorradián.»
Una candela por estereorradián se denomina lumen, que es la medida de intensidad luminosa con la que la gente está más familiarizada. Sin embargo, lo que más importa a la hora de medir la intensidad de la luz es el número de lúmenes que caen sobre una superficie, que se expresa como lux. Así, un lux es un lumen por metro cuadrado, lo que relaciona la luminosidad con la distancia a la fuente. (En EE.UU. es habitual expresar la intensidad de la luz en unidades de pies-vela. Un pie-vela equivale a un lumen por pie cuadrado).
Resumiendo, mientras que la potencia lumínica se expresa en lúmenes, la intensidad lumínica se mide en términos de lúmenes por metro cuadrado o lux.
Situaciones en las que es necesario medir la luz
Estudio fotográfico
Las principales razones para medir la intensidad de la luz son asegurar que se cumplen los estándares mínimos de iluminación y determinar los tiempos de exposición adecuados en fotografía y cinematografía. A continuación se exponen cuatro situaciones habituales.
1. Ergonomía y seguridad
Se recomiendan niveles mínimos de iluminación para muchos entornos. Mientras que algunos, como la construcción y los astilleros, tienen requisitos muy específicos de la OSHA, para las aplicaciones industriales generales la OSHA se remite a la norma ANSI/IESNA RP-7-2001, «Practice for Industrial Lighting». En ella se define la intensidad mínima necesaria para realizar con seguridad y precisión una serie de tareas.
En algunas organizaciones la intensidad de la luz sólo se mide de forma reactiva, normalmente después de una caída u otro accidente. Un enfoque más prudente es realizar un estudio de la iluminación, documentando los niveles de luz en todo el lugar de trabajo. Si se encuentran áreas por debajo de los niveles mínimos aceptables, se puede implementar un plan de mejora.
2. Fotografía y cinematografía
La intensidad de la luz está en el centro de la fotografía. La poca luz obliga al fotógrafo a aumentar el tiempo de exposición o a abrir el diafragma del objetivo, y a veces ambas cosas. Aunque muchas cámaras modernas tienen medición de luz incorporada, sigue siendo ventajoso conocer los niveles de luz alrededor del sujeto, especialmente para la fotografía de estudio o de retrato.
Conocer los niveles de luz también ayuda a garantizar la reproducibilidad de una toma, algo que preocupa en la cinematografía. Al medir los niveles de luz, un camarógrafo puede producir resultados consistentes, asegurando que se mantenga la continuidad.
3. Control del tiempo
Aunque muchos medidores de luz están configurados para luz incandescente, siguen siendo útiles para proporcionar comparaciones en exteriores. Un medidor podría, por ejemplo, producir registros que muestren la diferencia de intensidad entre el solsticio de verano y el de invierno. El mapeo de las intensidades de luz en un área designada para las matrices solares podría ayudar a determinar la ubicación óptima de cada panel. Quienes se dedican a la agricultura podrían beneficiarse de la identificación de zonas de menor intensidad lumínica dentro de un invernadero.
4. Escenografía e interiorismo
Las diferencias en la intensidad de la luz son una forma eficaz de dirigir la atención del público. Un diseñador de decorados puede querer que un atrezzo o un actor concreto quede en la sombra en una escena y que se destaque en la siguiente. Del mismo modo, un diseñador de interiores utilizará las diferencias de intensidad para crear un aspecto y una sensación particulares. Establecer los niveles de luz también ayuda a garantizar la reproducibilidad de un determinado aspecto y sensación, así como a confirmar que hay suficiente luz para que el público pueda ver las características de los actores.
Tecnología de medición de la luz
La luz incide en un sensor donde la energía de los fotones se convierte en carga eléctrica. Cuanta más luz incide en la superficie, más carga se acumula. En términos generales ambos están correlacionados. Una calibración en la electrónica de medición convierte la corriente o la tensión en un valor de lux.
Para complicar las cosas, el ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda de la luz y tiene mayor sensibilidad al verde. Por lo tanto, si caen sobre un medidor intensidades iguales de luz azul y verde, aunque el valor bruto de lux sea el mismo, el observador humano percibirá más luz verde. Para solucionar esto, los luxómetros están configurados para esperar una luz con la distribución espectral de la iluminación doméstica de filamento de tungsteno. Esto se define como iluminante estándar A de la CIE y ajusta la medición de la intensidad bruta para que se correlacione mejor con la percepción humana de la luminosidad. El iluminante estándar A de la CIE se recomienda para su uso en todas las aplicaciones que impliquen el uso de iluminación incandescente.
Medidores de medición de luz
Entorno de trabajo interior Los medidores ambientales de mano para medición de RPM y luz están diseñados como instrumentos de mano fáciles de usar para medir la intensidad de la luz. Basados en la norma CIE Iluminante A, estas unidades son ideales para su uso en áreas de iluminación incandescente, y proporcionarán una lectura bajo iluminación fluorescente con un pequeño error con un rango de medición de 1 a 200.000 lux (0 a 18.580 velas de pie).
Estos instrumentos son ideales para cualquier persona que necesite verificar los niveles de luz en entornos de trabajo interiores, para la fotografía, la escenografía teatral, el diseño de interiores y la cinematografía. Se puede utilizar en exteriores donde los valores o ratios comparativos son suficientes, pero no se debe confiar en los valores de intensidad precisos debido a su calibración CIE.