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Emisión de una fuente puntual

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Emisión de una fuente puntual

En el caso de la emisión desde una fuente puntual no existe una direccón priveligiada por lo que la emisión es isotropica o sea igual en todas las diección.

Si se piensa la luz como particulas se vera que su numero, y por ello su intensidad se reducira con el inverso del radio al cuadrado por efecto que los fotones se reparten en una superficie cada vez mas grande.

>Modelo

ID:(300, 0)



Mecanismos

Iframe

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Código
Concepto

Mecanismos

ID:(16080, 0)



Luz

Imagen

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La luz es una onda electromagnética con una longitud de onda \lambda que se encuentra en un rango entre 380 nm y 750 nm, dentro del espectro visible que nuestro ojo es capaz de percibir.

La luz se propaga en línea recta y puede sufrir refracción, es decir, desviarse, si la velocidad de la luz cambia debido al medio que atraviesa.

ID:(408, 0)



Propagación de la luz en linea recta y en forma esférica

Imagen

>Top


La luz se propaga en línea recta y se distribuye en forma esférica alrededor de su fuente.

Debido a esta distribución esférica, su intensidad disminuye a medida que la luz se aleja de la fuente.

ID:(12677, 0)



Emisión no uniforme: orificio

Imagen

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Cuando la luz atraviesa un orificio, no se propaga de manera uniforme, sino que presenta una distribución que da lugar a lo que se conoce como penumbra.

ID:(12679, 0)



Modelo

Top

>Top




Parámetros

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
\theta
theta
Angulo respecto a la dirección del haz
rad
\Omega
Omega
Angulo solido
-
r
r
Distancia a la fuente
m
r_1
r_1
Distancia a la fuente 1
m
r_2
r_2
Distancia a la fuente 2
m
\Delta\Omega
DOmega
Elemento de angulo solido
-
\Delta\Phi
DPhi
Elemento de flujo lumínico
J
\Phi
Phi
Flujo lumínico total
J
I
I
Intensidad de la luz
W/m^2
I_1
I_1
Intensidad de la luz 1
W/m^2
I_2
I_2
Intensidad de la luz 2
W/m^2
E
E
Irradiancia
lx

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación: a , luego, seleccione la variable: a
DPhi = I * Domega I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 Phi =@INT( I , Omega )E=I*cos(theta)/r^2thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiII_1I_2E

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Variable Dado Calcule Objetivo : Ecuación A utilizar
DPhi = I * Domega I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 Phi =@INT( I , Omega )E=I*cos(theta)/r^2thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiII_1I_2E




Ecuaciones

#
Ecuación

\Delta\Phi = I \Delta\Omega

DPhi = I * Domega


I_2 =\displaystyle\frac{ r_1 ^2}{ r_2 ^2} I_1

I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2


\Phi =\displaystyle\int I d \Omega

Phi =@INT( I , Omega )


E=\displaystyle\frac{I\cos\theta}{r^2}

E=I*cos(theta)/r^2

ID:(16081, 0)



Reducción de la intensidad con la distancia

Ecuación

>Top, >Modelo


Si la luz emite en todas las direcciones de manera uniforme, se distribuirá de manera homogénea sobre la superficie de una esfera imaginaria con un área de

4\pi r^2



Por lo tanto, si conocemos su intensidad a una distancia r_1, podemos predecir su intensidad a una distancia r_2 utilizando

I_2 =\displaystyle\frac{ r_1 ^2}{ r_2 ^2} I_1

r_1
Distancia a la fuente 1
m
9829
r_2
Distancia a la fuente 2
m
9830
I_1
Intensidad de la luz 1
W/m^2
9831
I_2
Intensidad de la luz 2
W/m^2
9832
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiII_1I_2E

Dado que la cantidad de luz se conserva, la intensidad (energía por área) multiplicada por el área debe ser una constante, lo que nos lleva a la siguiente relación:

4\pi r_1^2I_1=4\pi r_2^2I_2



Por lo tanto, podemos expresar la relación entre las intensidades a diferentes distancias como:

I_2 =\displaystyle\frac{ r_1 ^2}{ r_2 ^2} I_1

ID:(12678, 0)



Flujo

Ecuación

>Top, >Modelo


El flujo radiativo (\Phi) se calcula a partir de la intensidad (I) y el ángulo sólido (d\Omega) considerado, de acuerdo con la fórmula:

\Delta\Phi = I \Delta\Omega

\Delta\Omega
Elemento de angulo solido
-
9834
\Delta\Phi
Elemento de flujo lumínico
J
9833
I
Intensidad de la luz
W/m^2
5140
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiII_1I_2E

y se expresa en vatios (W).

En el contexto en el que se evalúa el flujo teniendo en cuenta la capacidad del ojo humano para percibir la potencia luminosa, se utiliza la unidad de lumen (lm).

ID:(464, 0)



Flujo total

Ecuación

>Top, >Modelo


Dado que el flujo a través de un elemento de ángulo d\Omega está definido como

\Delta\Phi = I \Delta\Omega



el flujo total se obtiene integrando la intensidad sobre toda la superficie, como se muestra en la siguiente expresión:

\Phi =\displaystyle\int I d \Omega

\Omega
Angulo solido
-
9828
\Phi
Flujo lumínico total
J
9827
I
Intensidad de la luz
W/m^2
5140
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiII_1I_2E

Si se quiere conocer el flujo total se debe sumar sobre toda la superficie. Esto es se debe integrar (=sumar) sobre toda la superficie de modo de

\Delta\Phi = I \Delta\Omega



lo que arroja

\Phi =\displaystyle\int I d \Omega

Algunos ejemplos de flujos totales incluyen:

Fuente | Flujo

Lámpara de alta presión de Xe | 3.0E+6 lm

Lámpara de arco | 1.0E+4 lm

Lámpara fluorescente de 65 W | 3.3E+3 lm

Bombilla de 60 W | 6.2E+2 lm

ID:(138, 0)



Irradiancia

Ecuación

>Top, >Modelo


Cuando una radiación de intensidad I incide sobre una superficie con un ángulo \theta respecto a la dirección de incidencia, la irradiancia, representada como

E=\displaystyle\frac{I\cos\theta}{r^2}

\theta
Angulo respecto a la dirección del haz
rad
9826
r
Distancia a la fuente
m
9825
I
Intensidad de la luz
W/m^2
5140
E
Irradiancia
lx
9824
Phi =@INT( I , Omega ) DPhi = I * DomegaE=I*cos(theta)/r^2 I_2 = r_2 ^2 * I_1 / r_1 ^2 thetaOmegarr_1r_2DOmegaDPhiPhiII_1I_2E

se mide en Lux (lx), lo que equivale a un lumen por metro cuadrado.

Para proporcionar una referencia de los valores de irradiancia en condiciones de luz natural, podemos considerar los siguientes valores:

Situación Irradiancia

Medio día, verano, soleado 1.0E+5 lx

Medio día, verano, nublado 2.0E+4 lx

Medio día, invierno, soleado 1.0E+4 lx

Medio día, invierno, nublado 2.0E+3 lx

ID:(8601, 0)