La fotometria

Di Micaela Bonito.

Cos'è la fotometria? Cosa studia? Cos'è l'intensità luminosa? Troverete le risposte a queste ed altre domande relative alla fotometria

Argomenti trattati: Brevi cenni di fotometria - Alcune definizioni utili in fotometria - Il lumen, unità di flusso - La candela, unità di intensità



Brevi cenni di fotometria

La fotometria è quella disciplina che studia la misurazione del flusso, o dell'intensità, della radiazione elettromagnetica (in particolare grande interesse hanno dimostrato gli studi di fotometria relativi ad un oggetto astronomico).
Solitamente la fotometria si indirizza alla misurazione di ampie bande di lunghezze d'onda; quando viene misurata la distribuzione spettrale della radiazione, e non solamente la sua intensità, viene usato il termine spettrofotometria.
Quando la distanza dell'oggetto misurato può essere stimata, la fotometria può fornire informazioni sul totale dell'energia emessa dall'oggetto, la sua dimensione, la temperatura e altre proprietà fisiche. Accurate misurazioni fotometriche sono difficoltose quando la magnitudine apparente dell'oggetto è fioca.
In passato nella fotometria veniva esclusivamente usato il fotometro fotoelettrico, uno strumentro che misura l'intensità della luce di un oggetto indirizzandola su celle fotosensibili. Negli ultimi tempi sono stati largamente rimpiazzati da particolari telecamere, le camere CCD.
La fotometria è usata, per esempio, per generare le curve di luce di oggetti come le stelle variabili e supernove dove l'interesse è concentrato sulla variazione dell'energia emessa nel tempo.
La fotometria può essere anche usata come tecnica per scoprire pianeti extrasolari. Misurando l'intensità della luce delle stelle in un dato periodo di tempo, gli astronomi possono esaminare deviazioni del loro spettro e determinare possibili cause.



Alcune definizioni utili in fotometria


Nel definire la quantità di luce si deve distinguere tra l’energia luminosa emessa da una sorgente (intensità) e il flusso di luce che attraversa una data sezione (o che raggiunge una data superficie) .
Per la luce totale emessa da una sorgente si usa come unità di misura una sorgente standard: la candela.
Naturalmente tanto più ci si allontana da una sorgente (puntiforme) tanto minore è la luce che ci raggiunge: quindi è importante, nel confronto tra diverse illuminazioni, stabilire anche una unità di misura per il flusso di luce, ovvero la potenza che attraversa l’unità di superficie.



Il lumen, unità di flusso


Dato che la risposta spettrale della retina ha un massimo a l=540 nm, si è convenuto che il flusso luminoso (F) di una radiazione monocromatica di questa lunghezza d’onda, emessa da una sorgente della potenza di 1 watt, sia F=683
lumen (simbolo: lm).
Per una uguale potenza emessa da sorgenti monocromatiche di lunghezza d’onda inferiore o superiore a 540 nm il flusso viene definito in proporzione alla risposta spettrale della retina (ad esempio 410 lumen a 600 nm, o 0 lumen a 200 nm).


La candela, unità di intensità


Il flusso luminoso è sempre prodotto da una sorgente. Una sorgente emette quasi sempre in direzioni diverse, e spesso in modo uniforme in tutte le direzioni (fa eccezione la luce laser che ha piccolissima divergenza). Una sorgente che emette in modo rigorosamente uniforme in ogni direzione è detta sorgente puntiforme.
Viene detta intensità luminosa (I) il flusso luminoso per unità di angolo solido, ovvero I=dF/dW, e l’unità di misura è la candela (simbolo: cd).
Il campione standard era all’inizio una candela in cera, ma ovviamente la sua riproducibilità non era buona. Così si cercò una definizione più precisa, specificando che la misura del flusso luminoso doveva essere fatta in direzione orizzontale ed usando una candela di dimensioni definite, e che bruciasse con velocità definita.
Ma anche questo standard non era soddisfacente.
Nel 1909 i laboratori di Stati Uniti, Francia, e Inghilterra decisero di adottare la candela internazionale costituita da lampade elettriche a filamento di carbone.
Anche la stabilità di questo nuovo standard si dimostrò presto poco affidabile e si decise di passare ad una definizione completamente diversa.
Verso la fine degli anni ’70 venne, infine, adottata la seguente definizione:
una candela è l’intensità luminosa, di una sorgente che emetta, in una data direzione, radiazione monocromatica di frequenza 540 x 1012 Hertz e con un irraggiamento di 1/683 watt per steradiante (angolo solido).
Questo ridefinisce il lumen come il flusso luminoso per unità di angolo solido emesso da una sorgente con intensità di 1 cd, in modo consistente con la definizione sopra riportata. Il flusso luminoso totale emesso da 1 candela è quindi 4π lm.
Un altra grandezza importante in fotometria è la brillanza:
Si definisce brillanza L (o luminanza o luminosità) di una superficie estesa l’intensità luminosa emessa per unità di superficie L=I/A.
L’unità di misura in MKS è il nit (simbolo nt = cd/m2).