Ingeniería en Seguridad e Higiene en el Trabajo Ambiente de Trabajo III: Iluminación Ing. Oscar Pesci Módulo 2
5. Reflexion, Reflexion, Transmisi Transmisi ón y Absorción de la luz 5.3.
Generalidades
La aplicación de la luz en la forma más conveniente exige un control y una distribución que se consigue modificando sus características merced a los fenómenos físicos de reflexión, absorción, transmisión y refracción de la luz. Cuando un rayo de luz se propaga por un medio y alcanza el límite que lo separa de un segundo medio, puede suceder, que retorne al primero (reflexión), o que lo atraviese y que ingrese al segundo medio donde parte se convertirá en otra forma de energía (absorción) y parte no cambiará (transmisión). Dos, o los tres de dichos fenómenos ocurren simultáneamente, y como la energía no se puede destruir, la suma de la energía transmitida, absorbida y reflejada debe ser igual a la energía incidente. Por lo tanto, la aplicación de la luz en la forma más conveniente exige un control y una distribución que se consigue modificando sus características a merced a los fenómenos físicos de reflexión, absorción y transmisión de la luz, sin olvidarnos de otro cuarto factor conocido como refracción. 5.4.
Reflexión
Si un rayo o un haz de rayos luminosos inciden sobre una superficie especular se refleja de tal forma que el ángulo de incidencia es igual al de reflexión. Cuando unas ondas de cualquier tipo inciden sobre una barrera plana como un espejo, se generan nuevas ondas que se mueven alejándose de la barrera. Este fenómeno se denomina reflexión. Cuando la luz es reflejada por una superficie, un porcentaje de dicha luz se pierde debido al fenómeno de absorción. La relación entre la luz reflejada y la luz incidente se denomina reflectancia de la superficie. Cualquier superficie que no es completamente negra puede reflejar luz. La cantidad de luz que refleja y la forma en que dicha luz es reflejada se determina por las propiedades de reflexión de la superficie. En la reflexión de la luz interviene de manera decisiva la constitución de la superficie reflectante, distinguiéndose respecto a la misma las siguientes clases de reflexión: Dirigida o especular, producida por superficies completamente lisas y brillantes, como los espejos de vidrio azogado y los metales pulimentados.+ Difusa, producida por superficies rugosas y mates, como la tela blanca y el yeso.+ Semidirigida, producida por superficies rugosas y brillantes como el papel. + Semidifusa, producida por superficies blancas y esmaltadas. Las clases de reflexión semidirigida y semidifusa son formas mixtas o mezclas de las dos primeras, observándose que la mayor parte de los materiales presentan una combinación de todas ellas +
La reflexión difusa evita el deslumbramiento.-
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5.4.1.
Reflexi on especular
Se produce cuando la superficie reflectora es lisa Fig. 5.1. Dicha reflexión obedece a dos leyes fundamentales:
El rayo incidente, el rayo reflejado y el normal a la superficie en un punto de incidencia se trazan en un mismo plano. El ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de reflexión (r).
Fig. 5.1.- Reflexión especular.
5.4.2.
Reflexi on com puesta.
A diferencia de lo que ocurre en la reflexión especular, no hay imagen de espejo de la fuente de luz, pero el ángulo de intensidad máxima reflejada es igual al ángulo de incidencia, Fig. 5.2. Esta reflexión ocurre cuando la superficie es irregular o rugosa.
Fig. 5.2.- Reflexión compuesta.
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5.4.3.
Reflexi on dif usa
Se produce cuando la luz que incide sobre una superficie es reflejada en todas las direcciones, siendo el rayo normal a la superficie el de mayor intensidad Fig. 5.3. Este tipo de reflexión se produce en superficies como el papel blanco mate, las paredes y cielos rasos de yeso, la nieve, etc.
Fig. 5.3.- Reflexión difusa.
5.4.4.
Reflexi on mix ta
Es una reflexión intermedia entre la especular y la difusa, en la que parte del haz incidente se refleja y parte se difunde, Fig. 5.4. Este tipo de reflexión la presentan los metales no pulidos, el papel brillante y las superficies barnizadas.
Fig. 5.4.- Reflexión mixta.
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Tabla V.I. Factor de reflexió n para lu z blanca día. Superfic ie reflectora % factor de reflexión Plata brillante 92 - 97 Oro 60 - 92 Plata blanca (mate) 85 - 92 Níquel pulido 60 - 65 Cromo pulido 60 - 65 Aluminio pulido 67 - 72 Aluminio electroabrillantado 86 - 90 Aluminio vaporizado 90 - 95 Cobre 35 - 80 Hierro 50 - 55 Porcelana esmaltada 60 - 80 Espejos 80 - 85 Pintura blanca mate 70 - 80 Beige claro 70 - 80 Amarillo y crema claro 60 - 75 Techos acústicos 60 - 75 Verde muy claro 70 - 80 Verde claro y rosa 45 - 65 Azul claro 45 - 55 Gris claro 40 - 50 Rojo claro 30 - 50 Marrón claro 30 - 40 Beige oscuro 25 - 35 Marrón, verde y azul oscuros 5 - 20 Negro 3-4
5.5.
Transmisión y refracción
Se conoce con el nombre de transmisión de la luz a su propagación a través de los cuerpos transparentes o translúcidos. En este fenómeno la dirección de los rayos luminosos cambia de dirección por refracción al pasar oblicuamente de un medio a otro de distinta densidad. Es el paso de una radiación a través de un medio sin cambio de frecuencia de las radiaciones monocromáticas que la componen. Este fenómeno es característico de ciertos tipos de vidrios, cristales, plásticos, agua y otros líquidos, y del aire. Al atravesar el material, parte de la luz se pierde debido a la reflexión en la superficie del medio siguiente y parte se absorbe. La relación entre la luz transmitida y la luz incidente se denomina transmitancia del material. Lo mismo que en la reflexión, la constitución de los cuerpos determina las siguientes clases de transmisión: Regular ó Dirigida, que se produce por los cuerpos transparentes como el vidrio claro. + Difusa, que se produce por los cuerpos translúcidos muy densos como vidrio +
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muy opal. La transmisión difusa evita el deslumbramiento. Semidirigida, que se produce por los cuerpos; menos transparentes como el vidrio malteado. + Semidifusa, que se produce por los cuerpos translúcidos menos densos, como el vidrio ligeramente opal. +
Asimismo son formas mixtas de las dos primeras clases de transmisión, la semidirigida y semidifusa. 5.5.1.
Transmi sió n regular
En esta transmisión, el haz que incide sobre un medio, la atraviesa y sale de él como tal haz, Fig. 5.5. Los medios que cumplen esta propiedad, se les denomina cuerpos “transparentes” y permiten ver con nitidez los objetos colocados detrás de ellos.
Fig. 5.5.- Transmisión regular . 5.5.2.
Transmi sió n dif usa.
Transmisión en la que el haz incidente se difunde por el medio, saliendo del mismo en múltiples direcciones, Fig. 5.6. A estos medios se les denomina “traslúcidos” y los más conocidos son los cristales esmerilados y los vidrios orgánicos opalizados. Los objetos colocados detrás de ellos no son distinguidos con precisión.
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Fig. 5.6.- Transmisión difusa.
5.5.3.
Transmis ión mix ta.
Es una forma de transición de la transmisión, intermedia entre la regular y la difusa, Fig. 5.7. Se presenta en vidrios orgánicos, vidrios orgánicos depulidos y cristales de superficie labrada. Aunque la difusión del haz de luz no es completa, los objetos no se pueden observar claramente detrás del mismo aunque sí su posición.
Fig. 5.7.- Transmisión mixta. 5.6.
Absorción
Se denomina absorción a la transformación de la energía radiante en otra forma de energía, generalmente en forma de calor. Este fenómeno es una característica de todas las superficies que no son completamente reflectoras, y de los materiales que no son totalmente transparentes. La relación entre la luz absorbida y la luz incidente se denomina absortancia del material. La absorción de ciertas longitudes de onda de luz se denomina absorción selectiva. En general, los objetos de color le deben su color a la absorción selectiva. En los fenómenos de reflexión y transmisión, parte de la luz que incide sobre los cuerpos es absorbida en mayor o menor proporción según la constitución de los
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materiales que los componen. De aquí que los fenómenos de reflexión, transmisión y absorción tengan una estrecha relación entre si. La absorción juega un papel importante en el color de los cuerpos como veremos al tratar éste, siempre representa una pérdida de luz, ninguno de los procesos de transmision ó reflexión puede ser completo en absoluto, una parte de la energía se pierde en el proceso.5.7.
Refracción
Al pasar de un medio a otro, el rayo de luz puede cambiar su dirección. Dicho cambio, se produce por una alteración en la velocidad de la luz. La misma disminuye si la densidad del nuevo medio es mayor, y aumenta si es menor. Este cambio de velocidad y de dirección se denomina refracción. Existen dos leyes de refracción: 1. Cuando la onda pasa de un medio a otro, el rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia, están en el mismo plano. 2. La razón del seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante para los medios comprendidos. Dicha constante se denomina índice de refracción, n, para ambos medios. La segunda ley de refracción generalmente se denomina Ley de Snell.
Fig. 5.7.- Refracción en el límite entre dos medios.
n º .senα 1
=
n 2 .senα 2
⇒
senα 1 senα 2
=
n2 n1
=
n
Ec. 5.1
n 1 = índice de refracción del primer medio. n 2 = índice de refracción del segundo medio. α 1 = ángulo de incidencia. α 2 = ángulo de refracción. Cuando el primer medio es el aire, n 1 = 1 y la fórmula es:
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.senα 1
= n 2 .senα 2
Ec. 5.2
La distancia D en la Fig. 5.8, se conoce como desplazamiento. Dicho desplazamiento depende del ángulo de incidencia y del índice de refracción. Cuando el rayo de incidencia es perpendicular a la superficie, la refracción y el desplazamiento equivalen a cero. La refracción varía según la longitud de onda. Las ondas cortas (como la azul y la violeta) se transmiten más que las ondas largas (como por ejemplo las rojas). Este fenómeno se utiliza para separar la luz blanca en sus colores componentes atravesando un prisma de refracción, Fig. 5.9.
Fig. 5.9.- Refracción a traves de un prisma. El grado de la separación de color, que depende del ángulo de incidencia y de las propiedades refractivas del material del prisma, se denomina dispersión. 5.8.
Factores de reflexión, transmisi ón y absorción.
Al iluminar un cuerpo, una parte de la luz que llega al mismo es reflejada por la superficie, otra parte se transmite atravesándolo y una tercera parte es absorbida por el material que lo compone. Por lo tanto, el flujo luminoso incidente o total se reparte de la forma siguiente: Φi = Φρ + Φτ + Φα
Ec. 5.3
Siendo: Φi = Flujo luminoso incidente Φρ = Flujo luminoso reflejado Φτ = Flujo luminoso transmitido Φα = Flujo luminoso absorbido
Se llama factor de reflexión, designado por la letra griega ρ(rho), la relación entre el flujo luminoso reflejado y el incidente.
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Ingeniería en Seguridad e Higiene en el Trabajo Ambiente de Trabajo III: Iluminación Ing. Oscar Pesci Módulo 2 ρ=
Φρ Φi
Ec. 5.4
Se llama factor de transmisión, designado por la letra griega τ (tau), la relación entre el flujo luminoso transmitido y el incidente. τ=
Φτ Φi
Ec. 5.5
Se llama factor de absorción, designado por la letra griega α (alfa), la relación entre el flujo luminoso absorbido y el incidente. α=
Φα Φi
Ec. 5.6
Al ser en cada caso el flujo incidente mayor, los factores de reflexión, transmisión y absorción son siempre menores que la unidad. Por otra parte, para un determinado material, la suma de los tres factores es siempre igual a la unidad.
ρ+τ+α =1
Ec. 5.7
En el caso que sólo se produzcan reflexión y absorción.
ρ+ α =1
Ec. 5.8
Un factor de reflexión de 0.3 quiere decir que de la luz incidente se refleja una parte equivalente al 0,3, o también que el factor de reflexión tiene un valor del 30 %.
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