La luce nella tecnologia di segnalazione

La generazione della luce – panoramica delle diverse possibilità

La luce può essere generata in vari modi. Nella tecnica di segnalazione si utilizzano prevalentemente i LED.

LED

LED

I diodi ad emissione luminosa sono realizzati utilizzando particolari semiconduttori. Per influire in modo mirato sulle proprietà ottico-elettroniche, nel cristallo del semi-conduttore vengono integrati ("drogati") atomi estranei con colorazioni caratteristiche. Una metà del semi-conduttore (zona n) viene drogata con atomi estranei che contengono un elettrone di legame in più rispetto all’atomo del semi-conduttore. Tale elettrone in eccesso si muove liberamente. L’altra metà del semiconduttore (zona p) viene drogata con atomi estranei che contengono un elettrone di legame in meno rispetto all’atomo del semi-conduttore.

Dopo l’attivazione del LED, tali spazi vuoti ("lacune") attirano gli elettroni liberi (ricombinazione), libe-rando così energia luminosa sotto forma di fotoni. L’energia, quindi anche il colore della luce irradiata, vengono determinati dal materiale del semi-conduttore: ad es. il GaAsP (fosfuro arse-niuro di gallio) genera luce rossa.

Lampadine a incandescenza

Gluehlampen

Un filamento di tungsteno viene portato ad alta temperatura, sprigionando in tal modo energia in un ampio spettro; tale fenomeno viene percepito sotto forma di luce (in modo analogo alla luce solare). Nel corso del tempo, il tungsteno evapora. Quando il contenuto di tungsteno scende sotto un certo valore, la vita utile della lampadina è terminata.

Poiché il tungsteno si ossida rapidamente a contatto con l’aria e si distrugge, il filamento deve trovarsi in un ambiente non ossidante, ad es. sotto vuoto. Da qui l’aspetto noto delle lampadine a incande-scenza con corpo in vetro ermeticamente chiuso.

Lampade alogene

Halogenlampen

Le lampade alogene sono lampade il cui filo di tungsteno è gestito in un ambiente con piccole quantità di alogeno. In tal modo l’evaporazione del filamento in tungsteno viene rallentata per effetto di reazioni chimiche con l’alogeno e l’emissione luminosa rimane pressoché stabile per l’intera durata della lampadina.

Lampadine a scarica di gas

Gasentladungslampen

Le lampade a lampeggio allo xeno trovano frequente applicazione nella tecnica di segnalazione. È costituita da un bulbo di vetro che viene riempito con il gas inerte xeno. Se si applica una tensione sufficientemente elevata, all’interno del tubo di vetro si forma una scarica che genera una scintilla. Questa scarica produce un lampeggio estremamente luminoso.

Le unità di misura fondamentali della luce

 

Nel settore dell’illuminotecnica e della tecnica di segnalazione, si utilizzano diverse unità di misura fondamentali, con le quali è possibile analizzare la luce. Le unità di misura più importanti sono lumen, candela e lux.

  • Lumen (lm)

    Il flusso luminoso viene misurato in lumen e indica la misura dell’intera radiazione visibile emessa da una sorgente luminosa con l’ausilio della curva di sensibilità luminosa:

    Corrente luminosa φ [in lm] = potenza di radiazione x grado di sensibilità luminosa V(λ)

    L’impatto di luminosità sull’occhio umano si basa su una curva di sensibilità V(λ) che riproduce la percezione dell’occhio in riferimento alla lunghezza d’onda. Il valore massimo di questa curva è a circa 555 nm (verde); è a questa lunghezza d’onda che l’occhio umano vede meglio; V(555nm) = 1).

  • Candela (cd)
    Candela

    Per le indicazioni nella tecnologia di segnalazione, si deve tuttavia considerare soltanto la parte di corrente luminosa emessa in una determinata direzione. Tale intensità luminosa è misurata in candele ed è definita dal flusso luminoso di una lampada e dall’angolo solido.

    Intensità luminosa [in cd] = flusso luminoso  φ/ angolo solid Ω

    Candela

    Una sfera completa presenta l’angolo solido Ω = 4 π sr., dove sr rappresenta lo steradiante, ossia l’unità di misura dell’angolo solido.

    Esempio: una normale candela che emette una corrente luminosa di 12,566 Lumen ha un’intensità luminosa di 12,566 lm/ 4 π sr ≈ 1cd.
    Da qui il nome di questa unità di misura: la candela.

  • Lux (lx)

    L’illuminamento, o densità di luce, è un’importante unità di misura negli impianti di illuminazione. È una misura della luminosità con cui viene illuminata una superficie. Contrariamente all’intensità luminosa (espressa in cd), che rappresenta una caratteristiche della sorgente luminosa, l’illuminamento si riferisce alla superficie illuminata. In presenza di distribuzione uniforme del flusso luminoso, si applica quanto segue:

    Illuminamento E [in Lux] = flusso luminoso φ /superficie A