La candela. La storia della realizzazione della candela

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Battistina Baldini
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1 La candela La storia della realizzazione della candela 1860 La prima realizzazione di riferimento per la misura delle luce utilizza delle candele ricavate dal grasso di balena (spermaceti) Il passo successivo nella storia della candela è determinato dallo sviluppo di lampade a gas riproducibili. Le lampade bruciavano una miscela di gas pentano e aria in un bruciatore privo di stoppino e rappresentavano un avanzamento tecnico di rilievo Il primo successo nel tentativo di stabilire un unità riconosciuta internazionalmente è l accordo, siglato tra National Physical Laboratory (NPL, UK), National Bureau of Standards (NBS, USA) e Laboratoire Central d Electricité (LCE, F), per l adozione di un unità di misura derivata da una l ampada a pentano ma mantenuta con lampade a filamento di carbone E di questi anni la prima realizzazione sperimentale di campioni basati su radiatori di Planck (o corpi neri), dispositivi progettati per simulare un perfetto emettitore (assorbitore) di radiazione. 1 gennaio 1940 L unità di intensità luminosa viene definita attraverso la brillanza di un radiatore di corpo nero alla temperatura di solidificazione del platino. L unità viene indicata con il termine new candle e ampiamente adottata nel mondo La new candle diventa la candela e viene adottata in tutto il mondo. Per definizione, essa è tale che la luminanza di un radiatore di corpo nero alla temperatura di solidificazione del platino sia 60 candele al centimetro quadrato 1

2 L attuale realizzazione della candela 1979 La candela viene ridefinita con riferimento al watt ad una sola lunghezza d onda. La candela è definita come l intensità luminosa, in una direzione data, di una sorgente che emette radiazione monocromatica di frequenza 540 x hertz e la cui intensità radiante in quella direzione è 1/683 watt allo steradiante (essendo lo steradiante l unità di angolo solido). La candela é ridefinita in funzione del watt perché l uso di un radiatore di Planck (come richiesto dalla definizione precedente) presentava notevoli difficoltà sperimentali e comportava temperature molto più basse di quelle tipiche delle moderne sorgenti di luce artificiali. F " = K m 780nm $ F e,# 380nm V (#)d# K m = 683 lm/w L attuale realizzazione radiometrica della candela si basa sulla capacità di misurare la potenza ottica di una sorgente laser con un radiometro criogenico, con accuratezza migliore di 0.01%. Il fascio laser così misurato viene usato per tarare un fotometro, ossia un rivelatore la cui risposta spettrale simula la risposta dell occhio umano. Il fotometro viene a sua volta usato per determinare l intensità luminosa (in candele) di una lampada ad incandescenza con filamento di tungsteno con un accuratezza di 0.1%. Tabella di valori per sorgenti naturali e artificiali 2

3 Sorgente di luce Luminanza (cd/m 2 ) Bomba a fissione atomica (0.1 millisecondi dopo l esplosione) 2 x Lampo di temporale 8 x Sole (osservato dalla superficie terrestre) 1.6 x 10 9 Lampade Photoflash 2.5 x 10 8 Bulbo 60 W 'Opal' 1.2 x 10 5 Fiamma di candela 1 x 10 4 Cielo blu senza nuvole 4 x 10 3 Luna (osservata dalla superficie terrestre) 3 x 10 3 Cielo stellato 5 x 10-4 Perché la candela? Il livello di luce presente in un ambiente determina l efficienza e la chiarezza con cui vediamo gli elementi di una scena. Determinare quanta luce raggiunga la nostra stazione di lavoro o la strada che stiamo percorrendo richiede lo sviluppo di metodi di misura affidabili e ripetibili. La potenza di una radiazione elettromagnetica è espressa in watt. Poiché l occhio non vede con lo stesso grado di efficienza tutte le lunghezze d onda dello spettro elettromagnetico, è necessario introdurre un unità di misura per misurare l effetto visivo di una radiazione elettromagnetica. Questa unità è la candela 3

4 l effetto visivo La candela e l occhio L occhio è più sensibile alle radiazioni della regione del verde-giallo dello spettro elettromagnetico, in corrispondenza del picco di emissione della radiazione solare che raggiunge la terra. La sensibilità diminuisce nel blu e nel rosso per annullarsi al di fuori del cosiddetto intervallo del visibile ( nm). Da Arte e cervello, Lamberto Maffei e Adriana Fiorentini, ed. Zanichelli La funzione V(!) La funzione V(!) descrive la capacità della luce visibile di produrre una sensazione visiva. Definisce la sensibilità relativa dell occhio umano alle diverse lunghezze d onda, o colori, della luce. Venne determinata sperimentalmente nel 1924 sulla base di uguagliamenti della brillanza di colori diversi da parte di osservatori. 4

5 Ha un massimo alla lunghezza d onda 555 nm, che corrisponde ad un colore verde giallastro. La funzione V(!) è stata ricavata come media su circa 200 osservatori umani di età compresa tra 18 e 60 anni di entrambi i sessi. La risposta dell occhio varia di persona in persona e cambia con l età a causa dell ingiallimento del cristallino. Questo significa che nella realtà non è possibile identificare una persona di riferimento (se esistesse sarebbe probabilmente una donna verso la trentina). Ne segue che le persone reali vedono la luce in modi leggermente differenti le une dalle altre. Da Le Scienze n. 148, dicembre

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