Una delle ragioni di ciò è che la maggior parte delle informazioni disponibili riguarda indici e parametri riferitesi alle qualità “visive” della luce emessa da una lampada, che però sono di minore importanza in un sistema in cui la funzione della luce non è solo quella di “illuminare”, ma soprattutto quella di fornire l’energia necessaria a molte funzioni biologiche o fotochimiche.
Il punto di partenza è capire il significato di alcuni termini e di alcune proprietà utilizzati in illuminotecnica che non sono poi così facili da comprendere. Occorre a questo punto fare presente che esistono due sistemi ben distinti per misurare le proprietà della luce emessa dalle lampade. Si hanno infatti misure fotometriche, in cui vengono valutate le proprietà visive della luce, e misure radiometriche per le quali la valutazione è delle proprietà fisiche della luce. Si può osservare che, anche se le proprietà fisiche determinano le proprietà visive, i due sistemi differiscono in quanto la vista è uno “strumento” di misura della luce troppo limitato ed anche soggettivo per fornire corrette valutazioni delle precise caratteristiche fisiche delle radiazioni luminose. Inoltre non esiste ancora un sistema affermato di misure “fotobiologiche” a cui affidarsi (alcuni tentativi sono tuttavia stati fatti in questa direzione, ad esempio con l’introduzione del PAR, Photosythetically Available Radiation, che verrà descritto più avanti, o di altri indici), anche se gli studi sugli effetti della luce sui sistemi biologici sono numerosi, purtroppo con risultati talvolta contrastanti, a causa principalmente dell’elevato numero dei parametri in gioco in biologia.
Alcuni argomenti sono qui trattati con una certa superficialità ed anche con poco rigore e sicuramente i più esperti di radiometria potrebbero trovare alcuni concetti esposti in maniera non del tutto precisa, ciononostante la discussione dovrebbe contribuire alla comprensione del significato di alcune comuni specifiche tecniche delle lampade.
Come tutti sanno per luce si intende la radiazione elettromagnetica che si ha in un particolare campo di lunghezza d’onda. In senso stretto si può intendere per luce soltanto la parte di radiazioni in grado di stimolare il sistema visivo dell’uomo, parlando perciò in tal caso di radiazioni nel campo del “visibile”. In senso più lato nella luce possono essere considerati anche i raggi infrarossi e quelli ultravioletti.
Per certi versi la luce è costituita da entità elementari dette “fotoni”, a ciascuno dei quali è associata una certa energia. Per altri aspetti la luce presenta proprietà ondulatorie a cui pertanto sono associati una velocità di propagazione, una frequenza od una lunghezza d’onda. Tutto sommato dunque si può pensare che luce sia costituita da pacchetti elementari di onde.
All’interno del visibile è uso inoltre fare un’ulteriore classificazione convenzionale associando la percezione di un determinato colore ad un campo di lunghezze d’onda. Il visibile viene così schematicamente suddiviso in:
- violetto (380-440 nm)
- blu(440-500 nm)
- verde(500-570 nm)
- giallo (570-590 nm)
- arancione (590-630 nm)
- rosso(630-780 nm)
la luce fornita dalle lampade non è una radiazione monocromatica, cioè non è costituita da un’unica lunghezza d’onda o più semplicemente colore, bensì è l’insieme di radiazioni a diversa lunghezza d’onda ciascuna emessa con una certa intensità per formare nel complesso quello che è lo “spettro di emissione” della lampada.
Il campo di radiazioni luminose che interessa maggiormente in acquariofilia è quello che va circa da 360 nm a 800 nm, in quanto sono queste le radiazioni che coinvolgono, in diversa misura, i sistemi biologici di cui fan parte anche i vari organismi animali ed i vegetali ospitati nelle vasche. È già fin da ora evidente che la vista umana non copre completamente questa gamma di lunghezze d’onda, in quanto normalmente lo spettro “visibile” è meno ampio e spazia approssimativamente da 400 a 780 nm, mostrando tra l’altro una sensibilità alle radiazioni molto variabile anche all’interno di questo pur limitato campo.
D’altra parte anche lo spettro solare, cioè la distribuzione delle intensità della radiazione in funzione della lunghezza d’onda che dal sole arrivano sulla superficie terrestre, non è costante ed è in certe condizioni più ampio ed in altre più ristretto con una distribuzione spettrale piuttosto variabile. In effetti la radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre dipende da molti fattori, quali il momento della giornata, le condizioni meteorologiche, la latitudine, l’altitudine, la riflessione dall’ambiente circostante ecc. Anche se si volesse imitare lo spettro solare, non è detto poi che questa sia la soluzione migliore, perché in fondo non esiste una luce che vada bene per tutti gli organismi. Ci sono organismi bisognosi di livelli di luminosità più o meno elevati, ed anche nella “qualità” della luce le esigenze possono essere diverse. Ciò è particolarmente vero per gli organismi acquatici ed ad esempio organismi abituati a vivere in acque basse e pulite saranno adattati a ricevere una luce diversa da quella di altri che vivono in acque profonde o torbide magari rese colorate dalla presenza in acqua di diversi composti o particelle ed ai quali la luce arriva “filtrata” da un certo spessore di acqua con un assorbimento che tra l’altro dipende dalla lunghezza d’onda. È vero che molti organismi sono in grado di adattarsi, ma tale capacità non è illimitata e quindi, come punto di partenza, sarebbe bene conoscere (talvolta questo è il passo più difficile) quali sono le esigenze specifiche degli organismi allevati. In fondo le soluzioni universali non esistono e spesso è dunque necessario sperimentare di persona. Tuttavia perché questi tentativi non siano alla cieca è indispensabile avere un minimo di conoscenza delle prestazioni che le lampade sono in grado di offrire. È questo in fondo l’obiettivo della presente discussione.
Specifiche delle lampade
Le specifiche che vengono fornite più frequentemente riguardano:
- la temperatura di colore
- la resa dei colori degli oggetti illuminati
- lo spettro di emissione
- il flusso luminoso o l’efficienza luminosa
Temperatura di colore
L’informazione che una lampada emette una luce con una certa temperatura di colore significa semplicemente che questa luce, alla vista umana, appare di un certo ben determinato “colore”. E questo colore dovrebbe essere all’occhio umano lo stesso della luce emessa da un “corpo nero” (cioè da un corpo ideale capace di assorbire completamente le radiazioni di ogni lunghezza d’onda)
Ma un’altra lampada che appare ai nostri occhi emettere luce sempre dello stesso colore (e che pertanto ha la stessa temperatura di colore) può possedere una distribuzione spettrale completamente diversa. E, poiché è quest’ultima la proprietà della luce più importante in biologia, ottica, fotografia, acquariologia ecc., allora il valore della temperatura di colore rappresenta un’informazione che da sola è di ben poca utilità.
Per i tubi fluorescenti, che vengono prodotti in una gamma molto vasta in cui tra l’altro è possibile scegliere tra tubi a diverso spettro, ma con medesima temperatura di colore, questo fenomeno è evidente.
Con le fotografie che seguiranno, si cercherà di illustrare meglio questo fenomeno, anche se la riproduzione sullo schermo di un computer soffre di limiti nella fedeltà di riproduzione dei colori.
Nella seguente immagine sono state fotografate le luci emesse da tre lampade a diversa temperatura di colore. Le lampade sono Philips della serie TLD 9xx ed in particolare la 930 (temperatura di colore=3000 K), la 940 (temperatura di colore=4000 K), la 965 (temperatura di colore=6500 K). Immagini del tutto analoghe si otterrebbero con altre lampade fluorescenti (ad esempio Osram) presenti sul mercato e di simili caratteristiche.
Si può notare che la tonalità del colore della luce emessa diventa via via più “fredda” all’aumentare della temperatura di colore.
Quindi notate bene più alti sono gli ultimi due numeri più la luce si dice fredda e tendente alle gradazioni dell’azzurro
È bene fare presente già fin da ora, come si vedrà meglio più avanti, che tutte queste tre lampade sono a spettro cosiddetto “completo”, per cui l’emissione non è limitata a bande di emissione (cioè a ristretti campi di lunghezza d’onda), come avviene in altre lampade fluorescenti, ma distribuita con una certa uniformità in tutto il campo del visibile. La diversa temperatura di colore e quindi la diversa tonalità sono dovute alle maggiori intensità delle emissioni a lunghezza d’onda lunga (verso il rosso) nel caso delle lampade a minore temperatura di colore, mentre le lampade a valori più alti della temperatura di colore mostrano intensità di emissione più elevate nelle lunghezze d’onda corta (verso il blu).
Nelle due immagini precedenti vengono confrontate tra di loro lampade con la medesima temperatura di colore. Infatti la 940 e la 840 hanno entrambe una temperatura di colore di 4000 K, mentre la temperatura di colore è di 6500 K sia per la 965 che per la 865. Le lampade della serie 8xx mostrano una netta dominante verdastra, anche se alla vista umana la tonalità della luce sembra la medesima delle lampade della serie 9xx!!
Come è apparente nella figura la lampada della serie 8xx presenta una maggiore discontinuità nello spettro che infatti risulta meno uniforme di quello della 940 con la presenza di picchi di emissione più accentuati e basse o bassissime emissioni a diverse lunghezze d’onda. Inoltre appare notevolmente accentuato il picco di emissione attorno ai 550 nm (a cui corrisponde una radiazione giallo-verde). Infatti questo tipo di lampade privilegia in modo particolare l’emissione a queste lunghezze d’onda essendo questo il campo di radiazioni a cui l’occhio umano è più sensibile, cosicché possono apparire più luminose (ma soltanto alla vista umana) di altre lampade con spettro più uniforme. Per chiarire ulteriormente questo punto, nel grafico seguente gli stessi spettri vengono confrontati con la curva di sensibilità dell’occhio umano (sensibilità fotopica, cioè a livelli medio-alti di illuminazione). Continua a leggere
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