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Fotometría: Definición y usos

Publicado el 11 abril, 2024

¿Qué es la fotometría?

La definición de fotometría es la ciencia de medir la luz basándose en el brillo percibido de la luz por el ojo humano. “Foto” es un prefijo que significa “luz” y “metría” es un sufijo que significa “proceso de medición”. La fotometría está documentada ya en la antigua Grecia, aunque se usaba principalmente para astronomía antes de que abundaran las diversas fuentes de luz. Era increíblemente impreciso e inconsistente entre los observadores hasta que se estandarizó en la década de 1850. Es importante medir la luz con respecto a la sensibilidad del ojo humano, ya que se utiliza para configurar la iluminación de pantallas y señalización.

¿Cómo funciona la fotometría?

La fotometría funciona mediante la estandarización de observaciones cuantificables que imitan cómo el ojo percibe el brillo de la luz. Cuando se habla de fotometría, también se debe describir la radiometría. La radiometría es la ciencia de medir la energía radiante, o la energía de la radiación electromagnética y la radiación térmica. La radiometría mide la luz en radiancia y la fotometría mide la luz en luminancia. La radiación se mide en vatios por metro cuadrado y la luminancia se mide en lúmenes por metro cuadrado (lux). La radiación electromagnética es toda luz; por tanto, la radiometría puede medir la luz infrarroja y ultravioleta que no es visible para el ojo humano. El ojo humano no puede ver todos los tipos de luz; lo que es visible para el ojo humano se conoce como espectro de luz visible. El espectro de luz visible oscila entre 360 ​​y 830 nanómetros, y las diferentes longitudes de onda se componen de diferentes colores. El ojo humano también tiene una sensibilidad variable según la longitud de onda de la luz, ya que una fuente de luz con el mismo resplandor aparecerá más brillante o más tenue según la longitud de onda o el color de la luz. El brillo percibido también depende del flujo de luminancia y de la intensidad de la luminancia. El flujo de luminancia es la potencia luminosa percibida, que se mide como energía luminosa visible por segundo en una unidad llamada lumen. La intensidad de luminancia es la potencia luminosa percibida a través de una fuente puntual única, que se mide como flujo de luminancia por unidad de ángulo sólido en una unidad llamada candela. El flujo de luminancia debe encontrarse inicialmente antes de poder encontrar la intensidad de luminancia.

El ojo humano está compuesto por conos y bastones, que reaccionan y procesan la luz de diferentes maneras; estas formas se denominan respuestas fotópicas y respuestas escotópicas. La respuesta fotópica se refiere a la sensibilidad del ojo humano a la luz en condiciones normales de iluminación, lo que significa que los conos están activos. Los conos responden mejor a la luz cuando hay suficiente luz y son los más responsables de la percepción del color, lo que significa que perciben más longitudes de onda de luz. La respuesta escotópica se refiere a la sensibilidad del ojo humano a la luz durante condiciones de poca iluminación, cuando los bastones están más activos. Los bastones responden a poca iluminación ya que son más sensibles al brillo de la luz; sin embargo, hay menos sensibilidad al espectro de colores. Es importante distinguir las dos respuestas, ya que la fotometría basa las mediciones de la respuesta fotópica en lugar de las respuestas escotópicas. Inicialmente, la fotometría comenzó con estimaciones utilizando únicamente el ojo humano; sin embargo, se inventaron dispositivos posteriores, como el fotómetro, para realizar mediciones más precisas.

¿Qué es un fotómetro?

La definición de fotómetro es un instrumento que mide la fuerza de la radiación electromagnética, incluida la luz visible y no visible. Los fotómetros funcionan convirtiendo la luz en electricidad. Los fotómetros se componen de una unidad de entrada, un monocromador, un detector y un sistema de control. La unidad de entrada recoge la luz, normalmente de una lámpara halógena de tungsteno o LED. El monocromador es un dispositivo que separa la radiación electromagnética de las bandas de ondas individuales. Tiene un ancho de banda programable, lo que significa que un operador puede elegir el rango de longitud de onda de luz que se separará a través del monocromador. El sistema de control simplemente define y almacena cualquier dato derivado de la luz entrante.

Para detectar la luz, los fotómetros utilizarán fotorresistores, fotodiodos o fotomultiplicadores. Los fotorresistores son un componente que reduce la resistencia eléctrica en respuesta a la luz en el dispositivo. Actúa como un fotoconductor o un dispositivo que convierte la luz en electricidad mediante resistencia, ya que menos luz genera más resistencia y viceversa. Si bien se utiliza para fotómetros, es menos sensible que los fotodiodos. Los fotodiodos son semiconductores que utilizan fotones (luz) para liberar electrones dentro del diodo. Los fotodiodos funcionan uno a uno, lo que significa que el impacto de un fotón da como resultado la liberación de un electrón, lo que puede no ser tan efectivo si hay pocos fotones. El fotomultiplicador es un tubo que convierte fotones en electricidad mediante el mismo proceso que un fotodiodo, pero luego los electrones se amplifican a través de dinodos. Los dinodos hacen que el electrón inicial desaloje más electrones, aumentando la señal eléctrica.

Usos de la fotometría

Debido a que la fotometría se centra en la sensibilidad del ojo humano a la luz, la fotometría tiene varios usos diferentes. Los fotómetros, al igual que los fotómetros, se pueden utilizar para medir la iluminación en fotografía, cinematografía y diseño de escenas. Así es como la mayoría de las personas interactúan con los fotómetros, ya que muchas cámaras digitales tienen un fotómetro incorporado para garantizar que se utilice la cantidad correcta de exposición para la fotografía. La medición de la luz también es necesaria en el diseño de iluminación arquitectónica, para garantizar que las habitaciones no sean demasiado luminosas ni demasiado oscuras. La fotometría se utiliza para probar el brillo de pantallas y paneles de instrumentos, ya que es muy importante que la luminancia de caracteres potencialmente pequeños sea clara para los operadores a primera vista. Se utilizan fotómetros de alta gama para probar paneles de instrumentos de cabina en instrumentos aeroespaciales y automotrices para garantizar una claridad instantánea. La fotometría también se utiliza en astronomía para medir el flujo de luminancia de objetos astronómicos, y es en este campo de estudio donde la fotometría tiene la historia más larga.

Un diagrama del fotómetro de alta velocidad del telescopio espacial Hubble. Etiqueta la apertura de entrada, las placas de apertura y filtro, los detectores, los espejos de relé, los conectores eléctricos y los compartimentos eléctricos.

La fotometría es útil en química como método para determinar cuántos materiales orgánicos o inorgánicos hay en soluciones. Esto es extremadamente importante para determinar cuántos y qué tipos de contaminantes hay en el agua potable o en los materiales de construcción. También es útil en determinaciones de nutrientes en una variedad de sustancias como suelo, alimentos y bebidas. La fotometría utiliza mediciones del fotómetro para calcular la ley de Beer-Lambert. La ley de Beer-Lambert establece que la cantidad de luz absorbida es directamente proporcional a la concentración de un soluto elegido (analito) presente y la longitud del camino de la luz. Esta ley está representada por la fórmula:

{eq}A=elc {/eq}

A= absorbancia de la muestra

e= coeficiente de extinción molar (M-1cm-1)

l= longitud del camino óptico (cm)

c= concentración del analito (M)

Esto significa que cuantos más solutos haya en una solución, más luz absorberá la solución. Entonces, si se ilumina un vaso de solución, se verá menos luz a través de la solución si hay muchos solutos. Un espectrofotómetro es el dispositivo que se puede utilizar para medir la concentración de un analito en una solución o sustancia.

Usos de los espectrofotómetros

Un espectrofotómetro es un instrumento que mide específicamente la intensidad de la luz en una concentración en función de la longitud de onda. Entonces, un espectrofotómetro cuantificará cuánto refleja o absorbe luz una sustancia. Un espectrofotómetro se compone de un fotómetro y un espectrómetro. El espectrómetro utiliza una lente para dirigir la luz como un haz hacia un prisma. El prisma es un dispositivo óptico en ángulo que puede dividir un haz de luz en longitudes de onda individuales, visto como un haz de luz que se separa en un arco iris. Las longitudes de onda individuales se filtran a través de un selector basado en parámetros preseleccionados, y estas longitudes de onda filtradas luego se envían al fotómetro. Luego, el fotómetro detectará la cantidad de luz y mostrará los resultados. Se puede utilizar un espectrofotómetro para cuantificar las cualidades reflectantes o absorbentes de la luz de los materiales comerciales para etiquetar adecuadamente y garantizar el control de calidad.

Resumen de la lección

La fotometría es la ciencia de medir la luz de acuerdo con la sensibilidad del ojo humano a ella. Esta es una ciencia distinta de la radiometría, que es la ciencia de medir la energía radiante de la radiación electromagnética y térmica. La radiometría mide la luz en radiancia y la fotometría mide la luz en luminancia. El ojo humano sólo puede ver una porción de la radiación electromagnética, que se denomina espectro de luz visible. Es importante tener en cuenta cómo los ojos humanos perciben la intensidad de la luz, ya que la visión humana cambia según la intensidad y el color de la luz. La fotometría se centra en las respuestas fotópicas, que es cómo el ojo humano percibe la luz en condiciones de luz normales, en comparación con las respuestas escotópicas, que es como el ojo humano percibe la luz en condiciones de poca luz. La fotometría se mide a través de un fotómetro, un dispositivo que mide la fuerza de la radiación electromagnética convirtiendo la luz en electricidad. Un fotómetro convierte la luz en electricidad cuando la luz, o los fotones, desalojan los electrones, lo que produce una carga eléctrica. Esta conversión se produce a través de fotorresistores, fotodiodos o tubos fotomultiplicadores.

La fotometría se utiliza en varios campos diferentes. Se utiliza en astronomía para cuantificar el brillo de los cuerpos astronómicos, en control de calidad para probar la luminancia de pantallas y paneles de instrumentos, y en química para determinar la cantidad de contaminantes en diferentes soluciones. En química, los fotómetros se utilizan según la ley de Beer-Lambert para analizar contaminantes en aguas potables y residuales. La ley de Beer-Lambert establece que la cantidad de luz absorbida es directamente proporcional a la concentración de un soluto en una solución y a la longitud del camino de la luz. Esto significa que cuantos más solutos haya en una solución, esa solución absorberá más luz. Un espectrofotómetro es un instrumento que mide la intensidad de la luz en función de la longitud de onda, lo que significa que mide la luz en longitudes de onda específicas. Está formado por un fotómetro, un espectrómetro y un prisma. Se utiliza para cuantificar las cualidades reflectantes o de absorción de luz de diferentes productos y sustancias.

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