In general, unda caracterizeaza o perturbatie care se propaga intr-un anumit domeniu din spatiu. Sursa este definita ca zona in care are loc perturbatia originala, iar undele se propaga de aici din aproape in aproape (prin contiguitate). Undele electromagnetice, spre deosebire de undele elastice, se propaga si in vid.

Structura locala (in spatiu si timp) a câmpului electromagnetic este descrisa de sistemul ecuatiilor lui Maxwell. Câmpul electromagnetic este o forma de materie distincta de substanta. Sistemul fizic constituit din câmpul electromagnetic, cu toate fenomenele care il caracterizeaza (de exemplu este capabil sa schimbe, sa, acumuleze si sa transporte energie)  poarta numele de radiatie electromagnetica.

            Câmpul electromagnetic este \"desprins\" de corpuri, sub forma de unde electromagnetice care se propaga cu o viteza finita c[m/s]. Intr-un mediu cu indicele de refractie n , viteza de propagare a radiatiilor electromagnetice este data de formula:

C=Cș/n

in care co este viteza luminii  si reprezinta viteza maxima de propagare a undelor electromagnetice. Viteza luminii in vid este o constanta fundamentala in natura si are valoarea co=2,99792458*108 m/s.

            Relatia intre viteza c[m/s] de propagare a undelor, lungimea de unda [m] si frecventa [Hz] este de forma:

C=γ*v

Trebuie remarcat faptul ca atât viteza cat si lungimea de unda sunt dependente de mediul in care se propaga radiatia; marimea care se conserva fiind frecventa.

            Lungimea de unda  a radiatiilor electromagnetice este cuprinsa intr-un interval de valori extrem de larg. Se obisnuieste sa se faca o clasificare a radiatiilor electromagnetice (asociata cu lungimea de unda in vid), in functie de modul in care se obtin si de efectele pe care le produc, dupa cum urmeaza:

a) Undele hertziene

             Undele hertziene (radio,televiziune) au lungimea de unda mai mare de un metru, se produc cu circuite electrice oscilante si se utilizeaza in telecomunicatii.

            b) Microundele

             Microundele au lungimea de unda intre 10-3m si 1m, se produc in cavitati rezonante si au aplicatii indeosebi in radiolocatie (RADAR).

            c) Radiatiile infrarosii

             Radiatiile infrarosii (simbolizate IR) se intind in intervalul lungimilor de unda de la 7,8*10-7m la 10-3m. Emisia acestora se face in urma proceselor termice si prin descarcari in gaze. Razele infrarosii nu sunt calde, ele reprezinta un transport de energie care se manifesta prin incalzirea suprafetelor pe care cad, daca suprafetele respective  poseda proprietatea de absorbtie pentru acest tip de radiatii. In scopul detectarii se utilizeaza bolometre (bazare pe variatia in functie de temperatura a rezistentei unui fir metalic), termocuple (care utilizeaza proprietatile termoelectrice a unor combinatii de metale conductoare), termistori (confectionati din materiale semiconductoare), etc. Studiul multor fenomene  se face in conditii asemanatoare cu cel al radiatiilor vizibile. De exemplu, la fel ca in domeniul vizibil se utilizeaza legile opticii geometrice la proiectarea prismelor si lentilelor (din sticla cu transmisie in IR, sare gema, etc) sau a reflectoarelor cu suprafete metalice.

Subdiviziuni ale radiatiilor IR:

            -1) Infrarosul apropiat

                        - IR-A intre 780*10-9m si 1400*10-9m,

                        - IR-B intre 1400*10-9m si 3000*10-9m,

            -2) Infrarosul indepartat

                        - IR-C intre 3000*10-9 si 10-3m.

            d) Radiatiile vizibile        

             Radiatiile vizibile ( percepute sub forma de lumina) impresioneaza ochiul omului, ca organ al vederii, si au lungimea de unda in vid cuprinsa intre 380nm  si 780nm (1 namometru [nm] =10-9m). Exprimat in frecventa , domeniul vizibil se intinde intre 7,888*1014 Hz si 33,843*1014 Hz.

Exista trei modalitati de obtinere a radiatiilor vizibile:

            -in urma unor procese de radiatie termica,

            -prin descarcari electrice in gaze (care constau in tranzitii cuantice ale electronilor de pe ultimul strat),

            -prin fluorescenta (fenomen prin care unele substante emit radiatii vizibile ca urmare a excitarii lor cu alte radiatii a caror lungime de unda este, de regula, mai mica).

Nota:    Fosforescenta caracterizeaza anumite substante la care fenomenul de fluorescenta se prelungeste, in timp, si dupa disparitia radiatiei excitante.

Fiecare lungime de unda din domeniul vizibil este asociata cu o nuanta de culoare, existand astfel o infinitate de culori. Asocierea intre culorile de baza si lungimea de unda (practic aceeasi in vid si in aer), se face dupa urmatoarea clasificare:

            -rosu                 630-780nm,

            -oranj                600-630nm,

            -galben 565-600nm,

            -verde                500-565nm,

            -albastru            435-500nm,

            -violet                380-435nm.

            Teoria ondulatorie a radiatiilor electromagnetice furnizeaza formulele matematice care descriu fenomenele de propagare a luminii in diferite medii (inclusiv reflexia, absorbtia, transmisia, refractia, interferenta si polarizarea). 

In medii cu indice de refractie n, viteza de propagare a luminii este:

C=Cș/n= γ*v= γș/n*v

Indicele de refractie n (pentru domeniul vizibil), in diverse medii are valorile de mai jos:

-aer                   n=1,00029

-apa                  n=1,33 (inclusiv umoarea apoasa din interiorul ochiului uman)

-sticla               n=1,53...1,63

-diamant            n=2,42

Problema 1

            e) Radiatiile ultraviolete

            Radiatiile ultraviolete (simbolizate UV) se produc in urma descarcarilor electrice in gaze si au lungimile de unda cuprinse intre 1nm si 380nm. Aceste radiatii sunt consecinta unor tranzitii cuantice ale electronilor din stratul atomic exterior.

Subdomenii ale radiatiilor UV:

            -1) Ultravioletul apropiat

                        - UV-A intre 315nm si 380nm,

                        - UV-B intre 280nm si 315nm,

            -3) Ultravioletul indepartat

                        - UV-C intre 100nm si 280nm.

Detectia radiatiilor UV se face cu celule fotoelectrice speciale sau cu fotomultiplicatori.

            Radiatiile vizibile au elemente comune (inclusiv modul in care sunt produse), atât cu radiatiile UV cât si cu cele IR. Din acest motiv, ansamblul radiatiilor infrarosii, vizibile si ultraviolete sunt incluse in domeniul radiatiilor optice. Ca interval al lungimilor de unda, radiatiile optice se intind de la 100nm pâna la 1mm.

f) Radiatiile X si radiatiile gamma.

            Radiatiile X (sau Roentgen) si radiatiile  au lungimea de unda mai mica de 10-8m, domeniul lor ajungând pâna la 10-13m. Radiatiile X au loc in tuburi speciale si sunt generate de tranzitii cuantice ale electronilor din straturile profunde ale atomilor. La rândul lor, radiatiile a sunt generate de procese cuantice din nucleul atomic, sau prin interactiunea intre particule elementare. Detectia se face prin contori de particule, efect Compton, sau prin fotografiere. Aplicatii ale acestor radiatii intâlnim in medicina si la incercarea materialelor.

La frontiera dintre domenii, undele electromagnetice sunt identice indiferent daca au fost produse cu mijloacele specifice unui domeniu sau altul.

            Oricare ar fi domeniul radiatiilor amintite mai sus ele sunt guvernate de teoriile unitare ale câmpului electromagnetic, care explica feomenele pe care le prezinta undele electromagnetice.

n anul 1900 Max Planck pune bazele mecanicii cuantice, dezvoltata ulterior de Einstein potrivit careia lumina, (si in general radiatia electromagnetica) este  emisa de sursa sub forma unor cantitati discrete, pe care le-a denumit \"cuante\". Radiatia spectrala emisa (corespunzatoare unei lungimi de unda bine precizate) nu are deci toate energiile posibile, ci multipli intregi ai energiei corespunzatoare unui \"foton\". Energia fiecarei foton W[J] este data de formula:

w=h*v=h*cș/γș

in care h este o constanta fundamentala in natura (denumita constanta lui Planck), si are valoarea h=6,626176*10-34 [J.s]), vo[Hz] este frecventa si  [m] lungimea de unda (in vid) a radiatiei, iar co[m/s] este viteza luminii in vid.

            In concordanta cu teoria cuantica, radiatia electromagnetica poate fi privita ca un pachet de particule care paraseste sursa emitatoare. Acestea nu au masa, dar energia lor poate fi pusa in evidenta experimental.

            Pe masura ce lungimea de unda este mai mica caracterul cuantic al radiatiilor electromagnetice este mai pregnant si ca o consecinta, la masurarea acestoa radiatii se utilizeaza contori (numaratori) de particule.

Teoria cuantica se utilizeaza la studiul surselor de radiatii, inclusiv a celor luminoase in timp ce teoria electromagnetica explica fenomenele ce apar le trecerea luminii prin diverse medii unde apar fenomene de absorbtie, reflexie si refractie.

Energia radiatiilor optice

Dupa cum s-a vazut, radiatia reprezinta emisia de energie sub forma de unde electromagnetice a tuturor corpurilor. Aceasta energie se deplaseaza cu viteza luminii si se propaga cel mai bine in vid. Când o astfel de radiatie intâlneste un corp, este absorbita, transmisa sau reflectata. Ceea ce se absoarbe poate fi retransmis, convertit in energie termica (ceea ce conduce la cresterea temperaturii corpului),sau convertit in alte forme de energie. 

Fluxul radiant

Fluxul radiant este o marime energetica (sau radiometrica) care reprezinta energia emisa, transmisa sau primita sub forma de radiatie, intr-o unitate de timp. Denumirile sinonime ale fluxului radiant sunt: flux energetic, putere radianta si se simbolizeaza prin ,Ű , P. Unitatea de masura in SI:  watt [W]. Fluxul radiant este compus din radiatii electromagnetice.

Nota:    In continuare se se vor folosi toate denumirile deoarce  \"putere\" este o notiune mai cunoscuta, iar denumirea echivalenta \"flux\" pregateste intelegerea notiunilor de tehnica iluminatului.

Emitanta energetica

Se defineste emitanta energetica Me, intr-un punct al unei suprafete, ca fiind câtul dintre fluxul radiant, care paraseste un element al suprafetei ce contine punctul dat, si aria dA a acestui element de suprafata. Denumirea sinonima: exitanta radianta. Emitanta energetica se simbolizeaza prin Me si are ca unitate de masura [W.m-2].

Emitanta energetica semnifica puterea radiata de unitatea de suprafata sau densitatea de suprafata a fluxului radiant.

            Pentru definirea fluxului radiant care ajunge pe o suprafata se foloseste notiunea de iluminare energetica , sau iradianta, simbolizata prin Ee. Definitia, unitatile de masura si relatiile de legatura cu alte marimi energetice sunt identice cu ale emitantei energetice. Diferenta consta doar in faptul iluminarea energetica se refera la suprafete receptoare si nu emitatoare, ca in cazul emitantei.

Emitanta energetica spectrala ,  [W.m-3], descrie modul in care este repartizata emitanta energetica in raport cu lungimile de unda:

            Deseori emitanta energetica spectrala este prezentata tabelar sau grafic in [W/cm2/10nm]. Un astfel de grafic furnizeaza emitanta energetica pentru intervale fixe ale lungimii de unda, de 10nm. Exista situatii când acest interval are alte valori, in functie de conditiile specifice.

Spectre de radiatii .Compozitia spectrala a radiatiilor .

Spectrul continuu se obtine prin radiatii termice, ca urmare a incalzirii corpurilor la o anumita temperatura.

            Incandescenta este radiatia vizibila de la suprafata unui radiator si este legata direct de temperatura acestuia. Intreaga familie a lampilor cu incandescenta este inclusa in aceasta categorie: fiecare lampa contine un filament prin care trece curentul electric, si ca urmare a efectului Joule-Lenz este incalzit pâna la incandescenta.

Legile radiatiei corpului negru .

Un corp la o temperatura T>0 se caracterizeaza prin oscilatia componentelor incarcate electric (atomi, electroni, ioni) cu amplitudini si faze distribuite statistic. Consecinta acestui fapt este emisia de radiatii electromagnetice care, in acest caz particular se numesc radiatii termice. La temperaturi foarte mari T>>0 apare si radiatia luminoasa, corpul devenind incandescent.

            In studiul radiatiilor termice este convenabil sa consideram un radiator ideal cunoscut sub denumirea de \"corp negru\". Un corp negru absoarbe absoarbe intreaga energie care ajunge le el (factorul de absorbtie este egal cu unu) indiferent de lungimea de unda si directia din care ajung radiatiile. Factorii de transmisie si de reflexie sunt nuli. Se poate imagina si realiza o incinta goala cu o singura deschidere de dimensiuni reduse. Radiatia care patrunde prin aceasta deschidere se reflecta succesiv de peretii incintei pâna este absorbita in totalitate, fara sa mai paraseasca incinta. Deschiderea apare, \"absolut neagra\". Deoarece corpul negru este un absorbant perfect, el este la temperaturi inalte si un radiator perfect: peretii incintei devin incandescenti. Un corp negru, numit si radiator integral, radiaza mai multa energie pentru fiecare lungime de unda si mai multa energie totala decât orice sursa de radiatii cu incandescenta (realizabila tehnic) având aceeasi suprafata si functionând la aceeasi temperatura.

Nota:    Radiatorul integral nu este un obiect vopsit in culore neagra, ci este un corp ideal caracterizat prin temperatura la care este incalzit. In functie de aceasta temperatura corpul emite radiatii electromagnetice dupa legi bine precizate. Corpul negru nu este asociat in mod expres cu un anumit material. De exemplu, teoretic o bara incalzita la 2500K va avea aceasi nuanta de culoare rosiatica, indiferent daca este confectionata din Wolfram, Thoriu, Tantal, Molibden, oxid de magneziu sau grafit.

Comportarea corpului negru este descrisa de câteva legi ale radiatiilor termice, care vor fi prezentate in continuare.

            Legea lui Planck

            Legea lui Planck stabileste legatura intre emitanta energetica spectrala, temperatura absoluta T a corpului negru (exprimata in grade Kelvin) si lungimea de unda ë.

In ecuatia lui Planck intervin:

- prima constanta a radiatiilor c1=3,74177449*10-16 W.m2 in SI (sau c1=374177449 W.ìm4/cm2, care pune in evidenta exprimarea lungimii de unda in ìm si a suprafetei in cm2),

-a doua constanta a radiatiilor c2=0,014388 m.K in SI (sau c2=14,388 ìm.K, pentru lungimi de unda exprimate in ìm).

Nota:    Sara de temperatura Kelvin are originea (zero absolut) la -273,15EC = 0K.

            Legile   Stefan-Boltzmann si Wien

            Examinand spectrul de radiatii al corpului negru la diferite temperaturi (graficul functiei  ), se observa urmatoarele:

            -emitanta energetica si in acelasi timp puterea radianta, cresc apreciabil odata cu cresterea temperaturii,

            -pe masura ce temperatura creste, vârful curbei radiatiei se deplaseaza spre lungimi de unda mai mici.        

            Legea lui J.Stefan  si L.Boltzmann afirma ca emitanta energetica creste cu puterea a patra a temperaturii absolute.  

Constanta lui Stefan-Boltzmann, notata cu , are valoarea =5,67051*10-8 W.m-2.K-4 in SI, echivalenta cu

=5,67051*10-12 W/(cm2.K4).

            Legea de mai sus se poate deduce prin integrarea ecuatiei lui Planck pentru domeniul lungimilor de unda de la zero la infinit (considerând temperatura absoluta T constanta).

            S-a mentionat faptul ca la modificarea temperaturii corpului negru se observa ca odata cu cresterea temperaturii, valoarea maxima a curbelor emitantei spectrale se deplaseaza spre lungimi de unda mai mici. Din experienta personala se cunoaste ca filamentul unui resou, pe masura ce se incalzeste culoarea acestuia se transforma intr-un rosu tot mai intens. La o temperatura medie resoul devine mai fierbinte iar culoarea are mai mult portocaliu. La temperatura ridicata culoarea devine oranj.

Legea lui Wien, ofera o legatura matematica intre temperatura absoluta a corpului negru si lungime de unda  la care emitanta energetica spectrala este maxima.

            Formula de mai sus se poate obtine calculând cu ecuatia lui Planck lungimea de unda la care  este maxim (prin egalarea cu zero a derivatei de ordinul I in raport cu  si considerând temperatura T constanta).

            Corpul cenusiu

Corpul cenusiu sau radiatorul neselectiv are o emitanta energetica spectrala proportionala, pentru orice lungime de unda, cu emitanta corpului negru care are aceeasi temperatura.

Spectrul sub forma de linii sau benzi .

Spectrul sub forma de linii sau benzi caracterizeaza descarcarile luminiscente si emisia lor radianta nu poate fi dedusa complet din temperatura corpului emitator.

Exemplu:          Lampile cu descarcare in vapori de sodiu la joasa presiune au un spectru format din linii. Lampile fluorescente au un spectru mixt; un spectru continuu peste care se suprapun zone cu linii sau benzi spectrale.

            In documentatiile tehnice puterea radianta (si implicit emitanta energetica, ca putere radianta pe unitatea de suprafata) corespunzatoare liniilor spectrale, este reprezentata deseori prin bare rectangulare cu latimea de 10nm sau 5nm. Inaltimea acestor dreptunghiuri rezulta din conditia ca aria dreptunghiului sa fie egala cu puterea radianta la acea lungime de unda.

Iluminanti standard .

Distributia relativa (in valori raportate sau normalizate) a  fluxului energetic spectral ,

poarta numele de iluminant si se noteaza cu .

            Valorile date tabelar pentru iluminanti se limiteaza adesea la domeniul vizibil deoarece inafara acestuia influenta din punctul de vedere al iluminatului este nula.

Nota:    Iluminantul  reprezinta in acelasi timp oricare din marimile energetice relative spectrale: flux radiant, emitanta radianta, radianta, iluminare energetica, intensitate radianta, si se poate referi atât la sursa cât si la suprafata pe care ajunge radiatia.

Pentru specificarea uniforma a detectorilor si a proprietatiilor luminotehnice ale materialelor, standardul ISO/CIE 10526 din 1991 stabileste urmatorii iluminanti standard:

            -Iluminantul A reprezinta spectrul relativ al corpului negru la temperatura de 2856 K, foarte apropiat cu spectrul filamentului incandescent de wolfram la aceeasi temperatura.

            -Iluminantul B simuleaza lumina naturala, primita direct de la soare, cu temperatura de culoare 4874K.

            -Iluminantul C simuleaza lumina naturala de zi cu cer senin, temperatura echivalenta de culoare fiind 6774K. Iluminantul B si C se obtin fizic prin atasarea unor filtre de o anumita compozitie la sursa A

-Iluminantul D corespunde luminii naturale (de zi, inclusiv domeniul ultraviolet), cu subdomeniile D55,D65,D75, care se refera la temperaturile echivalente de culoare 5503K,6500K,7504K. Acesti iluminanti sunt bine precizati de CIE, prin distributiile spectrale ale puterii radiante.

Cunoscând spectrul unei surse de radiatii sub forma densitatii spectrale a fluxului radiant , se poate calcula fluxul radiant in intervalul limitat de lungimile de unda  si :

 Sursa de lumina            Fluxul radiant [W]                                

Total     UV       IR         VIZ

 Lampa cu incandescenta de 100W         95        0,03     84        9

 Lampa fluorescenta de 40W       24        0,24     16        7,8

 Lampa cu mercur de 400W        320      8,4       231,6   80

In fizica este utilizata frecvent densitatea in raport cu frecventa a fluxului radiant:

Este de remarcat faptul ca forma spectrului sursei de radiatii apare diferita atunci când este reprezantata ca functie de frecventa radiatiilor .

Fluxul luminos .

Fluxul luminos si eficacitatea luminoasa spectrala.

Termenul de lumina este folosit frecvent pentru a specifica senzatiile pe care le

produce fluxul radiant cu lungimea de unda intre 380 si 780nm asupra ochiului uman.

In domeniul vizibil al spectrului de radiatii sensibilitatea ochiului nu este constanta ci

difera in functie de lungimile de unda, fiind maxima la culoarea galbena-verzui unde λ = 555

mm.

In anul 1924 Comisia Internationala de Iluminat a cuantificat sensibilitatea spectrala a

ochiului uman (observatorul fotometric de referinta CIE), pe baza experimentelor statistice

facute asupra unor esantioane suficient de mari de persoane cu vederea normala.

Eficacitatea luminoasa relativa spectrala (denumita si sensibilitate relativa spectrala) Vë(

λ ), este definita ca raportul intre puterea radianta a radiatiei monocromatice cu lungimea de

unda 0 λ

= 555 mm (la care sensibilitatea ochiului este maxima) si puterea radianta a unei

radiatii cu lungimea de unda ë, cu conditia de a avea in cele doua cazuri aceeasi senzatie

luminoasa.

Experimentul a avut la baza compararea succesiva a radiatiilor monocromatice. Nu

s-au comparat radiatii cu lungime de unda pronuntat diferite, ci, de exemplu jumatate din

imaginea observata printr-un vizor circular provenea de la un radiator cu nuanta albastru

deschis si cealalta jumatate corespundea unei lungimi de unda cu o nuanta de albastru mai

inchis. Marind puterea radiatorului cu nuanta mai inchisa se ajunge la un moment dat la

senzatia ca desi sunt nuante diferite de albastru, ele par la fel de luminoase. Experimentul,

urmat de calcule pentru referirea la o putere radianta de baza (cea a radiatiei cu lungimea de

unda de 555nm), a condus la obtinerea eficacitatii luminoase relative spectrale V(λ ),

prezentata in continuare atât tabelar cât si grafic.

	Sisteme de expunere in Magazine
Brilux Master Elmark

Agenda electricianului

Iluminat stradal principii,normative Notiuni de iluminat Normativ pentru proiectarea si executarea sistemelor de iluminat artificial din cladiri Normativ pentru proiectarea si executrea instalatiilor electricecu tensiuni pana la 1000 V c.a. si 1500 V c.c. Racordarea utilizatorilor la retelele electrice de interes public Priza de pamant Bransamente electrice Relee termice Factorul de putere Energia solara Normativ de incercari si masuratori la echipamente si instalatii electrice Marimi electrice Motoare electrice Conductoare si cabluri Transformatoare medie tensiune Grupuri electrogene Gradul de protectie Corpuri de iluminat Simboluri electrice

[detalii]

	Contact
Soseaua Bucuresti-Targoviste nr 195B - DN1A
Tel.: 0372.73.73.63(4)
Fax: 0372.87.01.59
GSM: 0729.900.937
E-mail: office@nirosd.ro