Una superficie chiusa molto scura, dotata di una piccola
apertura costituisce un "corpo nero" pressoché perfetto
Figura 1.5
Abbiamo visto che la luce è composta da radiazioni di varia lunghezza d'onda che provocano nel nostro apparato visivo sensazioni qualitativamente diverse che abbiamo denominato "colori".
Se abbiamo una sorgente di radiazione (di luce) che emette con continuità in tutto lo spettro visibile la luce risultante diciamo che è "bianca".
Cioè tutti i colori mischiati assieme danno un effetto globale che noi denominiamo luce "bianca".
Una tale sorgente è il sole. Il sole irraggia con continuità in tutto lo spettro visibile (ed oltre) e noi definiamo la luce che ne risulta come "bianca".
Questo modo di esprimersi è però molto approssimativo, giacché la luce del sole varia con l'ora, la stagione, le condizioni atmosferiche... ecc.
Dobbiamo quindi cercare un riferimento, un termine di paragone ben definito, misurabile e facilmente riproducibile osservando che luci di diversa composizione spettrale possono dare luogo allo stesso colore globalmente risultante.
Introduciamo allora il concetto di "corpo nero", cioè di un radiatore perfetto che emette più energia per unità di superficie di qualsiasi altro corpo alla stessa temperatura e per il quale l'energia emessa è solo funzione della temperatura assoluta.
Il corpo nero è anche quello che assorbe tutta l'energia incidente senza rifletterla o trasmetterla. Una superficie chiusa, internamente molto scura, con una apertura molto piccola rispetto alla dimensione della superficie stessa è in pratica un corpo nero pressoché perfetto.
Riscaldando a temperature via via crescenti il corpo nero, analizziamo come è distribuita l'energia da esso irraggiata alle varie lunghezze d'onda.
Osserveremo che a poco più di 1000 Kelvin (unità di misura della temperatura di colore), inizia a irraggiare nella banda del visibile, cioè a produrre luce o flusso luminoso.
Il rapporto con i gradi centigradi è: 0°Kelvin = -273°C
Mano mano che aumentiamo la sua temperatura, aumenta la totale energia irraggiata ed aumenta anche l'energia emessa nella banda del visibile. Inoltre il colore della luce globalmente emessa cambia anch'esso.
Infatti a 1000 K il corpo nero irraggia solo una piccola porzione di energia nel visibile e solo in prossimità di 760 nanometri. La luce che ne risulta è quindi molto debole e di colore rosso cupo.
Aumentando la temperatura l'emissione si sposta sempre di più verso l'altro estremo della banda del visibile cioè verso i 380 nanometri.
A 2000K il corpo nero irraggia entro tutto lo spettro visibile.
A 3000K si ha luce "bianca" con prevalenza ancora di toni caldi, dal giallo al rosso.
A 10.000K invece accade esattamente il contrario e si ha una prevalenza di emissione nel violetto e nel blu.
La curva di emissione nello spettro visibile ha inclinazione opposta.
Perciò aumentando la temperatura del corpo nero la luce passa man mano dal rosso cupo all'arancione, al giallo oro, al bianco, al bianchissimo, al bianco azzurro, ecc.
Abbiamo così creato, con il corpo nero, una corrispondenza precisa e riproducibile in modo oggettivo tra temperatura e colore della luce risultante.
Per tutte le altre sorgenti ci si regola allora in questo modo (metodo di paragone): si va a ricercare qual'è la temperatura del corpo nero che dà luogo a luce di colore apparente uguale a quello della sorgente considerata e si definisce tale valore "Temperatura di colore correlata" della sorgente stessa.
Questo valore ci dà quindi un'immagine molto precisa di cosa ci possiamo attendere, come colore di luce risultante, da quella sorgente.
Perciò, se diciamo che una sorgente ha temperatura di colore di 2100 K sappiamo perfettamente che la luce risultante è di colore giallo-oro.
Se diciamo invece 2700 K sappiamo che si tratta di luce "bianca" molto calda cioè con larga prevalenza di gialli e rossi.
Se diciamo infine 3000 K abbiamo un bel colore bianco sia pure di tono caldo.
Così proseguendo, a 4500 K ed oltre, avremo invece un bianco freddo cioè che tende sempre più all'azzurro mano mano che la temperatura cresce.
La luce solare, a monte dell'atmosfera terrestre, cioè nello spazio, ha temperatura dal colore di 5750 K.
L'atmosfera terrestre però assorbe, diffonde ed altera in modo sostanziale l'emissione solare e quindi sulla terra si ha quella bellissima variabilità di luce naturale che ben conosciamo.
Possiamo dire infine che per la maggioranza degli individui si hanno queste impressioni quando si tratta di luce artificiale, cioè generata non dal sole, ma dalle lampade di uso normale:
4300/4500 K è il limite di luce bianca a pieno comfort oltre il quale si ha generalmente una sensazione di freddezza sempre più spiacevole,
3200 K corrispondono a una luce bianca quale è gradita dalla più parte delle persone,
2600/2700 K rappresentano il limite inferiore di luce bianca al di sotto del quale si inizia ad avere una sensazione di giallo/arancio troppo marcata e sgradevole.
C'è però una differenza fondamentale da considerare quando paragoniamo il corpo nero alle altre sorgenti di luce artificiale. L'effetto di colore risultante, cioè il colore globale della luce emessa è il medesimo, ma la composizione spettrale della luce può essere alquanto diversa!
Infatti il corpo nero da 1900 K in su irraggia entro tutto lo spettro visibile con continuità, mentre altrettanto non è detto che accada per le altre sorgenti di luce.
Questo fatto è molto importante perché spiega come possa cambiare la resa di colore degli oggetti illuminati da due luci di ugual temperatura di colore ma di diversa composizione spettrale.
Affinché l'effetto di colore degli oggetti illuminati sia il medesimo è indispensabile che le due luci abbiano identica composizione spettrale.
E qui veniamo ai fattori di riflessione.
Noi vediamo un oggetto non tanto per la luce che esso riceve quanto per la luce che esso riflette indirizzandola dentro i nostri occhi. Si chiama "fattore di riflessione" il rapporto tra il flusso luminoso riflesso ed il flusso luminoso incidente.
Ma questo valore, diciamolo r, è anch'esso funzione della lunghezza d'onda della luce. Cioè è:
Pertanto il fattore di riflessione degli oggetti cambia sensibilmente con la lunghezza d'onda della luce.
Cosa vuol dire che un oggetto è blu, rosso o verde? Se è blu significa che riflette prevalentemente luce di colore blu. Il suo diagramma
r = r(l) sarà il seguente:
Se invece è rosso sarà l'opposto, cioè il massimo valore di riflessione si avrà nella parte terminale dello spettro visibile:
Se invece è verde, risulterà:
Per tutti gli oggetti che costituiscono il nostro mondo reale, cioè quale lo vedono i nostri occhi, si avranno poi tutte le svariate sfumature e combinazioni che danno luogo all'infinita varietà di colori che noi apprezziamo.
Un oggetto "bianco" riflette in modo uniforme tutte le lunghezze d'onda con il valore massimo possibile.
Il bianco "perfetto ideale" è quello che riflette al 100% tutto ciò che riceve, ed è ovviamente un'astrazione. In pratica però si riescono anche a raggiungere valori di riflessione del 90% in tutto lo spettro, cioè si possono avere dei bianchi quasi perfetti.
Un oggetto grigio riflette in modo uniforme in tutto lo spettro (r = costante) ma con valori più bassi. Se è grigio chiaro (cioè una miscela di bianco e nero ma con prevalenza di bianco) si hanno valori di r abbastanza elevati, diciamo 40¸60%. Se è grigio scuro, cioè c'è più nero, si hanno bassi valori di r pari a 20¸30%.
Il nero assorbe tutto, il bianco e il grigio non alterano per riflessione la composizione spettrale e quindi il colore della luce incidente, tutti gli altri colori, proprio per il fatto che sono colori, alterano il colore della luce, cioè rendono luce riflessa diversa dalla luce incidente (riflessione selettiva).
Un oggetto è verde perché riflette in prevalenza la banda del verde.
Se è illuminato da luce bianca, dove il verde è presente, ci appare effettivamente di questo suo colore. Se invece fosse illuminato da luce rossa, priva di verde, non potrebbe riflettere ciò che non riceve e ci apparirebbe quindi di colore nerastro.
Questi fenomeni di riflessione selettiva e di composizione spettrale della luce incidente vanno sempre tenuti presenti e sono di importanza centrale nella realizzazione pratica degli impianti di illuminazione.
Se infatti non vogliamo alterare la resa dei colori, cioè l'aspetto degli oggetti quale usualmente ci appare alla luce diurna che è bianca e di pieno spettro (anche se molto variabile, talché la realtà ci appare così varia e diversa...) dobbiamo tenere ben presenti questi concetti.
Tutto in fatto di luce è "spettrale".
Dovendo scegliere una sorgente di luce andremo perciò a consultare i cataloghi dei costruttori e ne analizzeremo con grande attenzione le caratteristiche, individuate dalla temperatura di colore e dall'indice di resa cromatica.
L'esperienza ci insegna che una luce di un dato colore può essere ottenuta, ossia riprodotta, attraverso la miscelazione, in date e opportune proporzioni, di tre radiazioni colorate assunte come fondamentali.
Ad esempio il rosso, il verde e il blu. Questi tre colori miscelati assieme danno luce bianca ed inoltre:
La cosa è ben evidenziata in figura 1.10 dove è raffigurata quella che viene normalmente definita come "sintesi additiva" dei colori, cioè relativa alla miscelazione di luci di diverso colore.
Due colori di luce che miscelati danno luogo al bianco, come ad esempio il verde e il magenta vengono chiamati "complementari", mentre i tre colori base che riuniti danno il bianco vengono definiti "primari".
La sintesi è detta "additiva" in quanto la luce ottenuta dalla miscelazione è effettivamente risultante dalla somma delle singole luci componenti di cui sarà pertanto sempre più luminosa ed intensa.
Viceversa l'ottenimento di un dato colore di luce realizzato parzializzando con un filtro la luce bianca, dà luogo ad una luce che sarà sempre meno luminosa, o intensa che dir si voglia, della luce originaria.
Così pure la mescolanza di pigmenti colorati (vernici o simili) dà sempre luogo a un pigmento più scuro dei singoli di partenza.
È questa la sintesi "sottrattiva" dei colori. I tre colori che miscelati assieme danno il nero vengono chiamati "primari sottrattivi".
