Qual é o brilho de uma fonte de luz e o brilho de uma superfície refletora

Para calcular a iluminação de várias superfícies, às vezes é muito conveniente considerar fontes de luz como fontes pontuais. Mas, na realidade, não há fontes pontuais de luz, elas sempre têm um tamanho específico e sua própria forma. Uma lâmpada, um candelabro, uma lâmpada de assoalho, um holofote etc. são reais, ou seja, não apontam fontes de luz que não podem ser caracterizadas apenas pelo poder da luz.

Se, por exemplo, considerarmos uma bola luminosa localizada à distância e compará-la com outra bola luminosa, exatamente com a mesma intensidade de luz, mas de diâmetro diferente, verifica-se que, embora as bolas criem a mesma iluminação em distâncias iguais, no entanto, para o observador, elas eles parecem diferentes: uma bola de diâmetro menor parece mais brilhante que uma bola maior.

A razão para esse fenômeno é que, embora a intensidade luminosa das bolas seja a mesma, uma delas possui uma superfície radiante maior e a outra menor. Isso significa que o poder da luz emitida por uma área unitária não é o mesmo para essas fontes e esse parâmetro é obviamente maior para uma bola pequena.

Mas mesmo se começarmos a considerar algum tipo de fonte de luz a uma certa distância, então para nós não importará tanto a área real da superfície emissora de luz quanto a área visível, ou seja, seu tamanho em projeção no plano de observação perpendicular à direção do nosso olhar.

Assim, para que um observador possa caracterizar completamente uma fonte de luz real com dimensões e forma, ele precisa conhecer a intensidade da luz da fonte e a quantidade de luz por unidade de área da superfície visível da fonte.

Essa relação é chamada brilho L da fonte do conjunto e, se a intensidade da luz for igual a I e a área visível for igual a s, o brilho da fonte de luz será igual (a intensidade da luz pode ser descrita aqui através do fluxo de luz e do ângulo sólido, então o brilho será igual ao fluxo de luz emitido de área unitária da superfície visível da fonte de luz dentro de um ângulo sólido unitário):

Nas fontes de luz, o brilho de suas diferentes seções é diferente: em uma lâmpada fluorescente, as bordas da lâmpada são mais escuras e a chama da vela é mais brilhante no halo ao redor do pavio, etc. O brilho também depende fortemente de que lado estamos olhando para a fonte.

Se, por exemplo, você observar o arco de soldagem por acaso, na direção perpendicular à descarga, ele ficará mais brilhante do que quando estiver olhando para o mesmo arco de lado. Ou seja, o brilho caracteriza a superfície que emite luz em uma direção selecionada e estritamente definida. Essa é uma característica muito importante, porque é o brilho que responde ao brilho (intensidade luminosa por unidade de área), e não à intensidade luminosa per se.

A intensidade luminosa é medida em candela, respectivamente o brilho - em candela por metro quadrado. Um candela por metro quadrado é tal brilho que um plano luminoso possui, emitindo luz de cada metro quadrado com uma força de 1 candela (Cd) na direção perpendicular ao plano. Por exemplo, aqui estão os brilhos aproximados de algumas fontes de luz comuns:

Ao agir sobre nossos olhos, as fontes de luz podem ser perigosas. Se o brilho estiver acima de 160.000 candelas por metro quadrado, causará dor nos olhos. Para evitar os efeitos nocivos da luz brilhante, a humanidade aprendeu vários truques.

As lâmpadas de lâmpadas incandescentes poderosas são feitas opacas e grandes, a fim de dispersar a luz, para torná-la emitida não de uma pequena área do filamento, mas de uma grande área da lâmpada ou do abajur. Portanto, o brilho é reduzido para seguro para os olhos e a iluminação permanece quase completamente inalterada.

Se falamos de superfícies refletivas, como paredes pintadas, telas de projeção, produtos decorativos, etc., elas exibem propriedades refletivas difusas em relação à fonte de luz. Isso significa que eles refletem parcialmente o incidente de luz sobre eles, e agora eles mesmos agem como fontes de luz de brilho médio, mas de uma vasta área.

Isso funciona em nossas mãos, pois as fontes de luz padrão (lâmpada, lâmpada, vela, candelabro, lanterna) têm brilho significativo, mas uma pequena área de superfície. Enquanto isso, a superfície iluminada terá um brilho proporcional ao seu exposição à luz E, porque quanto maior o fluxo luminoso na superfície refletora, maior será o brilho.

E o brilho dessa superfície será proporcional ao seu albedo r (do latim albus - branco) - a característica da refletividade difusa da superfície. Quanto maior o albedo r, ou seja, a maior parte do fluxo de luz incidente espalhado pela superfície, maior o brilho dessa superfície.

Portanto, o brilho da superfície iluminada é proporcional ao produto de albedo e iluminação e, em direções diferentes, o brilho será diferente - dependendo do padrão de dispersão da superfície iluminada.

Se a superfície espalhar uniformemente a luz incidente sobre ela, o brilho em qualquer direção é calculado de maneira bastante simples. Se o diagrama de dispersão for complexo, calcular o brilho se tornará uma tarefa bastante complicada.

Para uma dispersão uniforme, basta usar a fórmula (iluminação - em lux, brilho - candelas por metro quadrado):

Suponha que exista uma tela de projeção com um albedo de 0,8, e a iluminação seja 60 Lux, então o brilho será 0,8 * 60 / 3,14 = 15,3 candelas por metro quadrado. Aqui estão exemplos de superfícies muito comuns e seu brilho:

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