Qual é o brilho disso? Lançando uma luz sobre a medição de intensidade

A visão humana depende da luz. A luz reflete-se nas superfícies e chega aos olhos, passando através da córnea e da pupila para formar uma imagem na retina. O olho é sensível a uma vasta faixa de intensidade da luz, mas em níveis baixos, perde a capacidade de discernir detalhes. É por isso que trabalhos de precisão, como cirurgias, medições ou montagem devem ocorrer, idealmente, sob luz muito brilhante.

Trabalhar sob má iluminação causa fadiga e erros. Acidentes industriais são mais comuns quando os níveis de luz são baixos. Além disso, a boa iluminação determina o nível em que as pessoas conseguem apreciar um espetáculo e tirar fotografias de qualidade. Para auxiliar no entendimento das medições de intensidade da luz, este artigo técnico da OMEGA Engineering esclarece:

A luz é uma forma de energia eletromagnética que percorre o espaço como uma onda. Como micro-ondas e raios-x, as ondas têm um comprimento de onda e uma frequência. A diferença é que os seres humanos possuem receptores capazes de sentir a energia com comprimentos de onda entre 400 e 700nm e transformá-la em imagens.

Comprimentos de onda individuais correspondem às diferentes cores. Luz com comprimento de onda de cerca de 420nm é percebida como azul, 525nm é verde e 635nm é vermelho. Comprimentos de onda mais longos são chamados de infravermelhos (e sentimos como calor) e ondas mais curtas são chamadas de ultravioleta e de raios-x.

As fontes de luz baseadas em calor (fontes “incandescentes”) radiam energia eletromagnética em todos os comprimentos de onda, e é por isto que parecem brancas. A distribuição real de comprimentos de onda dentro dessa luz depende da temperatura da fonte. Luzes fluorescentes parecem brancas somente como resultado da fluorescência de um revestimento no vidro ou tubo e LEDs emitem luz somente em um comprimento de onda específico.

Uma fonte de luz, como o filamento de uma lâmpada incandescente, emite luz em todas as direções. De fato, ele está no centro de uma esfera de luz irradiada (razão pela qual as unidades de luz mencionam o esterradiano ou esferorradiano). A energia total de toda a luz emitida é denominada "fluxo luminoso".

A unidade fundamental da luz é a candela, especificamente, a luz radiada por uma vela, ou mais precisamente, "uma fonte que emite radiação monocromática na frequência de 540 x 1012 hertz e que apresenta intensidade radiante naquela direção de 1/683 watt por esterradiano."

Uma candela por esterradiano é chamado de um lúmen, que é a medida da intensidade luminosa com a qual as pessoas estão mais familiarizadas. No entanto, o mais importante em termos da medição da intensidade da luz é o número de lúmens que atingem uma superfície, que é expressado em lux. Portanto, um lux é um lúmen por metro quadrado, relacionando-se o brilho à distância da fonte (nos EUA é comum para expressar a intensidade de luz em unidade de foot-candles, ou pé-velas. Um pé-vela equivale a um lúmen por pé quadrado).

Em resumo, enquanto a emissão da luz é expressa em lúmens, a intensidade da luz é medida em termos de lúmens por metro quadrado, ou lux.

As principais razões para se medir a intensidade da luz são garantir o cumprimento a padrões mínimos de iluminação e determinar tempos de exposição apropriados em fotografia e cinematografia. Quatro situações encontradas com frequência são apresentadas abaixo.

1. Ergonomia e segurança

Níveis mínimos de iluminação são recomendados para muitos ambientes. Enquanto alguns, como na construção e em estaleiros, têm requisitos muito específicos da OSHA, para aplicações industriais gerais a OSHA recomenda o padrão ANSI/IESNA RP-7-2001, "Prática para Iluminação Industrial". Isto define a intensidade mínima necessária para executar uma variedade de tarefas com segurança e precisão.

Em algumas organizações, a intensidade da luz é medida apenas reativamente, em geral após uma queda ou outro acidente. Uma abordagem mais prudente é realizar um estudo da iluminação, documentando os níveis de luz em todo o local de trabalho. Se forem encontradas áreas abaixo dos níveis mínimos aceitáveis, um plano de melhoria deverá ser implantado.

2. Fotografia e cinematografia

A intensidade da luz é fundamental, na fotografia. Pouca luz força o fotógrafo a aumentar o tempo de exposição ou a abertura da lente e, às vezes, ambos. Enquanto muitas câmeras modernas têm fotômetro (medidor de luz) integrado, ainda assim é vantajoso conhecer os níveis de luz em torno do tema da foto, especialmente para a fotografia de estúdio ou retrato.

Conhecer os níveis de luz também ajuda a garantir a reprodutibilidade de uma foto, algo muito importante em cinematografia. Ao medir os níveis de luz, um operador de câmera pode produzir resultados consistentes, garantindo a manutenção da continuidade.

3. Monitoramento climático

Embora muitos fotômetros sejam configurados para luz incandescente, eles ainda são úteis para comparações ao ar livre. Um fotômetro pode, por exemplo, produzir registros mostrando a diferença de intensidade da luz entre o solstício de verão e o de inverno. O mapeamento de intensidades luminosas em uma área onde painéis solares serão instalados pode ajudar a determinar o local ideal para cada painel. Pessoas envolvidas na agricultura podem beneficiar-se da identificação de áreas de menor intensidade solar dentro de uma estufa.

4. Sets de teatro e design de interiores

Diferenças na intensidade luminosa são um modo eficaz de dirigir a atenção do público. Um cenógrafo pode desejar lançar sombras em um objeto ou ator para uma cena e destacá-lo em outra. Similarmente, um designer de interiores usará as diferenças em intensidade para criar determinado "clima" no local. Estabelecer os níveis de luz também ajuda a garantir a reprodutibilidade de determinado "clima" que se pretenda criar, confirmando que há luz suficiente para que a plateia veja claramente os atores.

A luz cai sobre um sensor onde a energia dos fótons é convertida em carga elétrica. Quanto mais luz atinge a superfície, mais a carga é acumulada. Em termos gerais, temos uma correlação entre as duas coisas. Uma calibração no equipamento eletrônico de medição converte corrente ou tensão em um valor de lux.

Para complicar as coisas, o olho humano não é igualmente sensível a todos os comprimentos de onda da luz e tem maior sensibilidade para o verde. Assim, se intensidades iguais de luz azul e verde luz incidem em um fotômetro, embora o valor lux bruto possa ser o mesmo, o observador humano perceberá mais luz verde. Para resolver isso, medidores de lux são configurados para esperar luz com distribuição espectral de iluminação doméstica, de filamento de tungstênio. Isto é definido como padrão de iluminação A da CIE e ajusta a medição da intensidade bruta para melhor se correlacionar com a percepção humana de brilho. O padrão de iluminação A da CIE é recomendado para uso em todas as aplicações que envolvam o uso de iluminação incandescente.

Fotômetros ambientais portáteis, resistentes, para medição de RPM e luz são projetados como instrumentos fáceis de usar para medir-se a intensidade da luz. Com base no padrão de iluminação A da CIE, essas unidades são ideais para uso em áreas de iluminação incandescente e fornecem uma leitura sob iluminação fluorescente com pequena margem de erro, com uma faixa de medição de 1 a 200.000 lux (0 a 18.580 pé-velas).

Estes instrumentos são ideais para qualquer pessoa que precise conferir níveis de luz em ambientes de trabalho internos, para fotografia, coreografia de teatro, design de interiores e cinematografia. Eles podem ser usados ao ar livre onde valores comparativos, ou coeficientes, são suficientes, mas não devem ser considerados para valores de intensidade exatos, devido à sua calibração segundo a CIE.