NATURA della LUCE

La luce è un fenomeno fisico di natura energetica. Se, per esempio, riscaldiamo un corpo di materiale metallico, fino ad una certa temperatura, otteniamo un emissione luminosa. La propagazione avviene sotto forma di radiazioni nello spazio vuoto e nei materiali solidi, liquidi ed aeriformi, che consideriamo trasparenti alla luce.



Una teoria scientifica - la teoria ondulatoria della luce - interpreta queste radiazioni come onde elettromagnetiche: un alternarsi ciclico di campi elettrici e magnetici concatenati, generati da rapidissime oscillazioni di cariche elettriche, variabili in intensità con legge sinusoidale e perpendicolari alla direzione in cui si muovono le radiazioni.



Un fascio di luce è composto da un insieme di onde elettromagnetiche trasversali rispetto alla direzione di propagazione. Assunta come fenomeno di tipo ondulatorio, la radiazione elettromagnetica è caratterizzata da due grandezze fisiche: la lunghezza d'onda e la frequenza. La lunghezza d'onda, indicata solitamente con la lettera greca l, è la distanza, espressa in nanometri, percorsa dall'onda durante un ciclo completo di oscillazione. Il nanometro - unità di misura adottata dalla CIE - è un sottomultiplo del metro: un nanometro (nm) equivale a un miliardesimo di metro: 1 nm = 10 m-9. La frequenza, che ha per simbolo la lettera greca v, è il numero di cicli completi di oscillazione che avvengono in ogni secondo. Si esprime in hertz (Hz): 1 hertz equivale a 1 ciclo al secondo


La lunghezza d'onda è legata alla frequenza.

Sia i materiali condensati, cioè i solidi e liquidi, che gli aeriformi, cioè i gas ed i vapori, mantenuti ad una temperatura superiore allo zero assoluto, generano radiazioni elettromagnetiche di diverse lunghezze d'onda e frequenze. L'insieme delle radiazioni conosciute è rappresentato nello spettro elettromagnetico. L'intervallo di lunghezza d'onda contenuto nello spettro è ampio: dai 10-5 nm ai 1016nm. Numerose sono le applicazioni delle microonde, radiazioni con dell'ordine dei millimetri e frequenze che si estendono da circa 1 gigahertz (1G Hz= 109 Hz). Sono adottate tra l'altro nelle telecomunicazioni via satellite, nelle ricerche di fisica delle particelle e di radioastronomia, nel telerilevamento, in medicina a fini diagnostici e nelle terapie antitumorali. Gli impieghi di tipo domestico riguardano i sistemi di allarme antintrusione e i forni per la cottura in profondità dei cibi. Per quest'ultima si sfrutta la singolare proprietà delle microonde di disperdere una parte della loro energia sotto forma di calore all'interno dei corpi intercettati. La proprietà di trasferire energia termica contraddistingue tutta la famiglia delle radiazioni infrarosse, che occupa lo spettro da = 1 mm a = 780 nm. Nella tab.1.1 sono indicate le radiazioni infrarosse con la simbologia (IR-A, IR-B, IR-C) e la ripartizione per intervalli di lunghezze d'onda stabilite convenzionalmente in sede CIE.

Classificazione CIE delle radiazioni comprese nella banda spettrale infrarossa Radiazioni infrarosse

Anche per le radiazioni ultraviolette si usa un pratico criterio di raggruppamento convenzionale basato sulle sigle UV-A, UV-B, UV-C, che serve, come meglio vedremo in seguito, a classificarle in funzione degli effetti prodotti sugli organismi viventi e sui materiali irraggiati. La banda dei raggi ultravioletti si sovrappone in parte a quella dei raggi X e questi, a loro volta, invadono il campo dei raggi gamma. I raggi X sono le note radiazioni a lunghezza d'onda cortissima e frequenza molto elevata prodotte da strumenti costruiti dall'uomo. Dalle esplosioni nucleari si sprigionano i raggi gamma. Dagli spazi siderali riceviamo sia i raggi gamma che i raggi cosmici. Insieme occupano l'area estrema dello spettro. Le radiazioni che l'organo visivo dell'uomo è in grado di ricevere e di tradurre in impulsi nervosi occupano una piccola porzione dello spettro: da 380 nm (limite dell'ultravioletto) a 780 nm (limite dell'infrarosso). Definiamo luce la sensazione prodotta dalle radiazioni comprese tra questi valori estremi. Solo all'interno di questo intervallo l'apparato visivo umano compie le proprie funzioni: ricevere, selezionare, strutturare le radiazioni provenienti dall'esterno e trasformarle in segnali nervosi da inviare ai lobi della corteccia cerebrale, dove sono codificati attraverso la complessa catena di reazioni fisico-chimiche che presiede al fenomeno della percezione visiva. In quella piccola regione dello spettro elettromagnetico è concentrata l'energia indispensabile alla vita di tutta la biosfera. L'intero mondo vegetale vive e si riproduce convertendo l'energia contenuta nelle radiazioni luminose in energia chimica, attraverso il noto processo della fotosintesi clorofilliana. Grazie alla luce, le sostanze organiche complesse, costituite da molecole di carboidrati, sono sintetizzate, con il rilascio di ossigeno nell'aria, a partire da sostanze inorganiche semplici. La riproduzione delle piante - primo anello della catena alimentare - fornisce i materiali di base per la vita degli animali e dell'uomo. Per meglio comprendere il concetto di lunghezza d'onda associato ad una radiazione luminosa consideriamo alcuni esempi (fig.1): gli aspetti da considerare sarebbero molti. Inoltre le problematiche costruttive delle lampade e le funzioni richieste all'illuminazione nelle diverse applicazioni sono molteplici, ma semplificando molto si possono fare le considerazioni che seguono. - La luce del sole ha uno spettro continuo (ossia contiene radiazioni d'ogni lunghezza d'onda); le lampade ad incandescenza o ad alogeni, in cui il principio di funzionamento si basa sull'emissione di luce da parte di un filamento incandescente (radiatori per temperatura, come il sole) hanno anch'esse uno spettro continuo, con una maggiore intensità nel campo degli infrarossi; nelle lampade a scarica (il cui principio di funzionamento si basa sul principio della scarica nei gas: la luce viene generata da un arco tra due elettrodi all'interno di un tubo di scarica contenente gas) i gas, al passaggio della corrente di scarica e in funzione delle condizioni di pressione presenti nella lampada, vengono eccitati e sono portati ad emettere energia sotto forma di radiazione, a diverse lunghezze d'onda. - Per esempio il sodio a bassa pressione emette nel giallo, ad alta pressione il mercurio a 365 nm, 405, 436, 546 e 578 nm che sono nel campo del viola, blu e verde ecc. Ne segue che lo spettro può essere composto da singole linee distinte (per esempio lampade ad alogenuri); tanto maggiore è il numero di sostanze contenute nel tubo di scarica tanto più lo spettro si avvicinerà allo spettro continuo (nelle lampade HMI per foto-ottica lo spettro quasi continuo è ottenuto tramite l'inserimento nel tubo di scarica di un elevato numero di sostanze tra cui le così dette terre rare, metalli quali disprosio, tullio, olmio. A questo punto, senza voler entrare nel dettaglio, forse vale la pena di ricordare in modo estremamente sintetico il meccanismo di funzionamento dell'occhio umano. L'occhio umano è in sostanza, un sistema ottico in cui il cristallino funge da obiettivo e la retina da rivelatore della luce mediante una serie di ricettori (coni e bastoncelli) collegati al cervello attraverso il nervo ottico. L'occhio umano adatta la sua sensibilità in parte tramite l'apertura e la chiusura dell'iride, in parte con un processo d'adattamento che include il passaggio dalla visione "fotopica", cioè diurna (che interessa i coni) a quella "scotopica", cioè notturna (che coinvolge i bastoncelli); la messa a fuoco avviene attraverso la variazione di curvatura del cristallino. L'occhio si adatta a grandi variazioni delle condizioni dell'ambiente (tra illuminazione diurna e notturna i livelli di luce possono essere differenti tra loro fino a 10.000.000 di volte). - Ciascuna lunghezza d'onda della radiazione visibile viene percepita dall'occhio umano sotto forma di un determinato colore dello spettro (per es. 555 nm giallo-verde, 400 nm violetto, 700 nm rosso). L'occhio però non è ugualmente sensibile a tutte le lunghezze d'onda da 380 a 780 nm e la sua sensibilità è diversa in condizioni d'illuminazione diurna e notturna. In base a numerose esperienze su molti osservatori. La CIE (Commission International Deml'Eclairage-Ente internazionale che pubblica rapporti e raccomandazioni sulle procedure di misura e sulle prestazioni di impianti nel settore dell'illuminazione) ha definito delle curve di sensibilità spettrale dell'occhio umano, normalmente indicate con il termine di V(I), in cui si riporta l'andamento della sensibilità dell'occhio umano (in valori relativi) in funzione della lunghezza d'onda in condizioni diurne e notturne. L'illuminazione ha proprio il compito di portare l'occhio umano a funzionare in visione fotopica anche di notte: la curva che è di nostro interesse è quindi quella in visione fotopica. In fig.2 si riporta la curva V(I) di fondamentale importanza in tutte le misure della luce. Come si può vedere, la massima sensibilità dell'occhio umano si ha in corrispondenza di 555 nm (giallo-verde); una radiazione di pari intensità ma di diversa lunghezza d'onda dà luogo a una sensazione visiva di minore intensità: per es., per le radiazioni di lunghezza d'onda di 490 nm, la sensibilità dell'occhio è pari al 20 per cento rispetto a quella per radiazioni con lunghezza d'onda di 555 nm.

RADIAZIONE SOLARE

La radiazione Solare può essere distinta in 3 componenti principali a seconda della lunghezza d’onda:
ULTRAVIOLETTO (100-400 nanometri)
IL VISIBILE ( 400-750nm.)
INFRAROSSO (750-3000nm.)

Tanto minore è la lunghezza d’onda tanto maggiore è l’energia della radiazione.
Per questo i raggi Ultravioletti sono i più pericolosi. Ma non tutte le radiazioni raggiungono la terra. Gli Infrarossi sopra i 1500 nm. vengono assorbiti dallo strato di ozono, dall’anidride carbonica e dalle nubi. Al suolo arriva la radiazione compresa tra 290 e 1500 nm.
Gli UV, una radiazione fredda, invisibile e di elevata energia, rappresentano il 3 per cento.
Gli infrarossi e i raggi visibili, percepiti come calore e luce, rappresentano rispettivamente il 50 e il 48 per cento.
Tra gli ultravioletti, i RAGGI UVC con lunghezza d’onda fino a 280 nm. sono i più dannosi, ma non riescono a superare l’atmosfera terrestre.
Per questo i più pericolosi per la salute sono in realtà:
i RAGGI UVB (280-315 nm.) che causono infiammazione e malattie oculari.
I RAGGI UVA (315-380 nm.) sono quelli che ci abbronzano, ma in dosi eccessive invecchiano la pelle e sono cancerogeni.

LA TRASMISSIONE DELLA LUCE

Quando il flusso luminoso incontra una superficie opaca, traslucida o trasparente, una parte di luce viene riflessa, un'altra trasmessa e l'altra assorbita.



Il fattore di riflessione di una superficie è il rapporto tra la quantità di luce riflessa e la quantità di luce incidente.
Similmente, il fattore di trasmissione di un mezzo traslucido o trasparente è il rapporto tra la quantità di luce trasmessa attraverso il mezzo e la quantità di luce incidente su di esso.
RIFLESSIONE: Avviene quando i raggi luminosi colpiscono una superficie.
Si definisce REGOLARE:
quando la superficie è speculare e l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione;
DIFFUSA:
quando la superficie è opaca e la luce si distribuisce uniformemente in tutte le direzioni;
MISTA:
è una combinazione di riflessione regolare e diffusa; la luce si distribuisce in tutte le direzioni, con maggiore intensità nella direzione della riflessione regolare.
TRASMISSIONE-RIFRAZIONE
Un fascio di luce che incontra un prisma o un corpo trasparente, devia dal percorso iniziale. Nel caso del prisma, se la luce è policromatica, essa si scompone nei colori dell'iride.



Il valore dell'angolo di deviazione dipende sostanzialmente da una proprietà del mezzo (indice di rifrazione) e dall'angolo di incidenza del raggio luminoso sulla superficie.
La trasmissione si definisce:
DIRETTA:
quando il mezzo (vetro, plastica) lascia passare gran parte del flusso luminoso;
DIFFUSA:
quando la luce uscente dal mezzo si diffonde in tutte le direzioni (materiale traslucido);
MISTA:
quando la luce si diffonde secondo una direzione privilegiata.
ASSORBIMENTO
La luce, a seconda del mezzo che incontra, viene in parte assorbita, in parte riflessa, trasmessa e rifratta. I raggi assorbiti si trasformano in energia termica.

RESA CROMATICA

Per descrivere le proprietà cromatiche di una sorgente luminosa sono di solito utilizzate due sistemi di misura: la "temperatura di colore", che indica l'apparenza cromatica della luce stessa e " l'indice di resa cromatica" (RA) che suggerisce come un oggetto illuminato da quella luce apparirà in relazione al modo in cui appare alla luce della sorgente luminosa di riferimento. Entrambi le caratteristiche possono essere estremamente utili nella valutazione e prescrizione di sorgenti luminose, ma è importante capirne anche i limiti. Temperatura di colore: l'apparenza della luce La temperatura di colore di una sorgente luminosa è una misura numerica della sua apparenza cromatica. Si basa sul principio che qualunque oggetto, se riscaldato ad una temperatura sufficientemente elevata, emette luce e il colore di quella luce varierà in modo prevedibile man mano che la temperatura aumenta. Il sistema si basa sui mutamenti di colore di un "corpo nero radiante" teorico, riscaldato e portato da una condizione di nero freddo a quello di bianco incandescente. Man mano che aumenta la temperatura, il corpo nero passa gradualmente dal rosso all'arancio, al giallo, al bianco e finalmente al bianco azzurrognolo. La temperatura di colore di una sorgente luminosa è appunto la temperatura, espressa in gradi kelvin (K), alla quale il colore del corpo nero corrisponderà esattamente a quello della sorgente luminosa. Per molte sorgenti luminose non è possibile ottenere una corrispondenza perfetta. In tali casi, si fa riferimento alla corrispondenza più vicina possibile e il colore viene descritto come temperatura di colore correlata. Ad esempio, un tubo fluorescente con una temperatura di colore di 4000 K ha un apparenza cromatica simile a quella di un corpo nero scaldato a 4000 K (3727°C). Caldo e freddo: psicologia della luce Alcuni restano confusi dal fatto che le sorgenti luminose con temperature di colore basse sono chiamate "calde", mentre quelle con temperature più elevate sono chiamate "fredde". In effetti queste descrizioni non hanno niente a che fare con la temperatura del corpo nero radiante, ma si riferiscono al modo in cui vengono percepite i gruppi di colore, ovvero l'impatto psicologico dell'illuminazione. I colori e le sorgenti luminose nella zona blu dello spettro sono indicati come freddi e quelli verso la zona rossa/arancione/gialla sono invece descritti come caldi. Effetto della luce sul colore degli oggetti L'indice di resa cromatica (RA) è un sistema derivato da esperimenti sulla visione per valutare l'impatto esercitato da differenti sorgenti luminose sul colore percepito di oggetti e superfici. Il primo passo è quello di individuare la temperatura di colore della sorgente luminosa in esame. La fase successiva prevede l'illuminazione di otto colori campione standard, prima alla luce della sorgente luminosa in esame, poi a quella di un corpo nero portato alla stessa temperatura di colore. Se nessuno dei campioni muta l'apparenza cromatica, alla sorgente luminosa viene assegnato un indice Ra di 100. Ogni altro cambiamento cromatico dà luogo ad un punteggio inferiore. Qualunque indice Ra pari o superiore a 80, viene normalmente considerato alto ed indica che la sorgente ha buone proprietà di resa cromatica.



Temperatura di colore e indice Ra
La temperatura di colore e l'indice Ra offrono valide informazioni sulla qualità cromatica della sorgente luminosa, ma non sono perfetti. La temperatura di colore, ad esempio, non fornisce indicazioni su come una determinata sorgente luminosa renderà i colori. Proviamo ad immaginare due sorgenti luminose di tipo "freddo" con temperature di colore e apparenze cromatiche simili. Immaginiamo che la sorgente A produca energia abbastanza uniforme attraverso lo spettro. Immaginiamo che la sorgente B produca uno spettro similare privo però di luce nel campo del rosso. Gli oggetti rossi, che appaiono naturali sotto la sorgente A avranno invece un aspetto neutro, incolore sotto la sorgente B anche se entrambi le luci hanno la stessa temperatura di colore. In generale, un indice Ra elevato significa che una sorgente luminosa renderà i colori bene. Dato comunque che gli indici Ra sono calcolati per le sorgenti luminose a una specifica temperatura di colore, non ha senso paragonare una sorgente luminosa da 2700 K con indice Ra 85 con una a 4000 K con indice Ra 85. Inoltre occorre ricordare che l'indice Ra è la media effettuata su otto differenti colori. Ciò significa che una sorgente luminosa con un indice Ra elevato avrà la tendenza a rendere bene un ampio spettro di colori, ma non garantisce l'apparenza naturale di un colore specifico. Usati insieme, comunque, questi indici costituiscono un eccellente riferimento per confrontare sorgenti luminose.

TEMPERATURA COLORE

La diffusa consapevolezza che la luce artificiale, condiziona i processi della percezione visiva, ha indotto le principali case produttrici di lampade ad elevare il livello qualitativo dell'emissione luminosa nella ricerca delle soluzione più adatte ad ogni problema di illuminazione. 
Allo scopo di stimare convenientemente la qualità della luce ci si avvale di alcune grandezze che rendono conto del suo contenuto cromatico. Ogni fonte luminosa, sia essa di natura solida o aeriforme, genera radiazioni elettromagnetiche visibili comprese entro l'intervallo di Lunghezza d'onda da 380 a 780nm. La ripartizione delle radiazioni nella banda spettrale del visibile determina il colore della luce, o meglio la sua tonalità di colore. Secondo una convenzione internazionale stabilita dalla CIE, la tonalità di colore della luce si esprime con metodo diretto, per confronto, attraverso una grandezza termica, cioè la temperatura assoluta, espressa in gradi Kelvin (K), di un corpo nero che irradia luce con la stessa tonalità di colore della luce emessa dalla sorgente in esame. Tale temperatura di riferimento è chiamata temperatura di colore. Dire che una lampada ha una temperatura di colore di 3000 K significa che la luce da essa prodotta ha la stessa tonalità di quella generata dal corpo nero portato alla temperatura di riferimento di 3000 K. 



La definizione è sufficientemente appropriata quando si analizza la tonalità della luce scaturita da un corpo solido che, al pari del corpo nero, ha uno spettro di emissione continuo. Nel caso della lampada con filamento incandescente di tungsteno la temperatura necessaria per eguagliare la tonalità del corpo nero è superiore. All'identità delle tonalità delle due emissioni non corrisponde la stessa distribuzione delle Lunghezze d'onda. Da ciò si comprende come la temperatura di colore possa definire la tonalità solo in modo approssimativo, come un effetto cromatico più che come un'identità cromatica.

Quando si esamina poi la tonalità di una lampada a scarica che - come sappiamo - ha uno spettro discontinuo , o comunque con marcate disuniformità tra le Lunghezze d'onda il paragone col corpo nero perde di legittimità. E' consuetudine, tuttavia, parlare ancora di temperatura di colore, eventualmente con l'aggettivazione di temperatura correlata, riferendosi alla temperatura del corpo nero che produce un risultato cromatico quanto più vicino a quello della sorgente a scarica. Si tenga infine presente che la grandezza termica descrive unicamente e in modo sommario la tonalità di colore dell'emissione luminosa e non la sua resa cromatica, cioè la proprietà di restituire fedelmente, per riflessione, i colori degli oggetti illuminati. Nella tabella sono raccolti i valori delle temperature di colore per alcune sorgenti di luce naturale ed artificiale.

SORGENTI LUMINOSE

Un'onda elettromagnetica propaga energia raggiante, delle quale si misurano diverse grandezze.

Ognuna di queste grandezze può essere definita per ogni singola lunghezza d'onda e in tal caso si aggiunge l'aggettivo "spettrale". Una sorgente luminosa si definisce mediante la sua distribuzione spettrale di potenza (spectral power distribution) cioè la potenza della sua radiazione elettromagnetica in funzione della lunghezza d'onda, da 380 a 780 nm circa.Si può dare la distribuzione in termini assoluti, ma spesso la si dà in termini relativi, ponendo uguale a 1 l'energia a 560 nm.In pratica questa distribuzione si misura in intervalli, per esempio ogni 5, 10 o 20 nm.

CURVA DI VISIBILITA'

La sensibilità dell'apparato visivo alla radiazioni non è la stessa per tutte le lunghezza d'onda. L'occhio umano risponde alle sollecitazioni provocate dalle radiazioni le cui lunghezze sono comprese in un intervallo ristretto; la sensibilità delll'occhio descresce man mano che ci si porta ai bordi di questo intervallo. Per tener conto delle caratteristiche dell'occhio umano, la potenza emessa per ogni singola lunghezza d'onda deve essere "pesata" secondo la sensibilità dell'occhio a quella lunghezza d'onda.A tale scopo è stata studiata la risposta dell'occhio alle radiazioni di varie lunghezze d'onda sia in condizioni di luce diurna (visione fotopica) sia in condizioni di minore intensità luminosa (visione mesopica e scotopica).La CIE ha codificato un occhio medio che ha una sensibilità media, risultato di una elaborazione statistica condotta su un gran numero di soggetti. E' stata così definita la curva di visibilità relativa (fotopica) qui sotto riportata.

Questa curva indica come trasformare l'energia radiante in modo da tener conto delle caratteristiche dell'occhio. La trasformazione da watt (potenza radiante) a lumen (potenza radiante corretta) si fa moltiplicando la distribuzione spettrale in watt per la curva di visibilità relativa, lunghezza d'onda per lunghezza d'onda, sommando tutti i contributi e moltiplicando per 683.

LUNGHEZZE D'ONDA DELLA LUCE E LA PERCEZIONE DEI COLORI 

L'occhio umano è sensibile solamente alle onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nm (spettro visibile).
Questo intervallo di lunghezze d'onda costituisce una porzione assai piccola dell'intero spettro delle onde elettromagnetiche. Per confronto, possiamo vedere che l'intervallo di sensibilità alla luce in molti animali è notevolmente diverso dal nostro. Per esempio, gli occhi delle api sono sensibili alle lunghezze d'onda nell'intervallo da 300 a 650 nm (anche una porzione dell'ultravioletto vicino) e sono quindi in grado di rilevare "colori" a noi sconosciuti.E' di fondamentale importanza premettere che le sostanze o gli oggetti del mondo reale non sono però colorati di per se stessi. I corpi che ci circondano hanno la facoltà di emettere, riflettere o di trasmettere onde elettromagnetiche di diversa lunghezza d'onda e di diversa intensità, tali da stimolare il nostro sistema sensoriale e provocare la visione dei colori.Adottiamo qui la definizione di colore formulata dal Comitato sulla Colorimetria della Optical Society of America: " Il colore consiste nelle caratteristiche della luce diverse dalle inomogeneità spaziali e temporali; la luce essendo quell'aspetto dell'energia raggiante di cui l'osservatore umano ha conoscenza attraverso la sensazione visiva che nasce dalla stimolazione della retina dell'occhio".



Per caratteristiche della luce si intendono tre parametri, che saranno specificati in dettaglio nel seguito, il primo dei quali è connesso  lla capacità della luce di provocare la sensazione di luminosità; il secondo e il terzo esprimono invece la sensazione cromatica percepita dal sistema visivo ed espressa dalla lunghezza d'onda dominante e dalla purezza del colore.L'insieme dei tre parametri costituisce gli attributi del colore.Si dice che un oggetto ha un determinato colore quando, illuminato da una luce considerata bianca (ad esempio la luce del sole) ed osservato in determinate condizioni standard, provoca nell'osservatore una "percezione cromatica". Qualsiasi luce che non contenga tautte le radiazioni monocromatiche nella proporzione della luce solare è percepita come colorata. L'occhio umano, illuminato da luce monocromatica di varia lunghezza d'onda, percepisce i seguenti colori:

- da 400 a 430 nm: zona del violetto

- da 430 a 490 nm: zona del blu nelle sue seguenti tonalità intermedie:
da 430 a 465 nm : indaco
da 466 a 482 nm : blu
da 483 a 490 nm : blu verdastro 

- da 491 a 560 nm: zona del verde nelle sue seguenti tonalità intermedie:
da 490 a 498 nm : verde bluastro
da 499 a 530 nm : verde
da 531 a 560 nm : verde giallastro 

- da 561 a 580 nm: zona del giallo nelle sue seguenti tonalità intermedie:
da 561 a 570 nm : giallo-verde
da 571 a 575 nm : giallo citrino
da 576 a 580 nm : giallo 

- da 581 a 620 nm: zona dell'arancione nelle sue seguenti tonalità intermedie :
da 581 a 586 nm: arancione giallastro
da 587 a 596 nm : arancione
da 597 a 620 nm : arancione rossastro 

- da 620 a 700 nm : zona del rosso nelle sue tonalità intermedie: 
da 621 a 680 nm : rosso 
da 681 a 700 nm : rosso profondo 

A questo punto è lecito chiedersi come sia possibile stabilire, in modo sperimentale, che la luce solare effettivamente contenga tutte le lunghezze d'onda che provocano la sensazione cromatica.La risposta è stata data tre secoli fa da Newton con le sue fondamentali esperienze sul fenomeno della dispersione della luce.Il grande scienziato inglese scoprì che, quando un raggio di luce solare entra in un prisma di vetro, le componenti cromatiche associate alle lunghezze d'onda subiscono una rifrazione che è diversa per ciascuna di esse.Possiamo notare infatti che ogni colore subisce, all'interno del prisma, una deviazione dalla propria direzione di marcia che risulta essere tanto maggiore quanto più piccola è la lunghezza d'onda ad essa associata.Quindi il rosso, che ha la lunghezza d'onda maggiore, è deviato molto meno del violetto.L'effetto finale di questo fenomeno di dispersione nelle sue componenti cromatiche fondamentali può essere direttamente osservato su di uno schermo posto dopo il prisma: la luce sarà dispersa, colore per colore, su una vasta zona.E' molto interessante vedere come sia possibile ricombinare i colori ottenuti dalla dispersione con il prisma per tornare alla condizione iniziale di luce bianca.Per ottenere questo effetto basta porre in prossimità del piano di formazione dello spettro un secondo prisma uguale al primo ma capovolto, il quale ricompone i colori restituendo il fascio iniziale di luce bianca. Sebbene i colori dispersi dal prisma siano virtualmente infiniti, in quanto possiamo pensare di suddividere l'intervallo di lunghezze d'onda tra 400 e 700 nm in intervalli piccoli a piacere, la sensazione visiva per l'occhio può essere ridotta alle sei famiglie di colori principali descritte e illustrate in fig. 1: violetto, azzurro, verde, giallo, arancione e rosso, che sono detti colori puri o spettrali.

TIPI DI LAMPADE

LAMPADE AD INCANDESCENZA
La lampada ad incandescenza è la più comune nelle nostre case. Sfrutta l'effetto Joule in quanto un filamento di tungsteno viene riscaldato dal passaggio della corrente elettrica e diviene incandescente. Il bulbo in vetro permette di creare il vuoto all'interno della lampada in modo che il filamento non possa bruciare.
L'impiego è molto semplice poichè la loro accensione è immediata, non sono richieste apparecchiature ausiliarie e la resa dei colori è ottima (IRC=100). Purtroppo hanno una bassa efficienza luminosa (8-15 lm/W) e una vita limitata (1000 ore), se confrontata con altri tipi di lampade. La temperatura di colore è 2700 K con elevata emissione di calore. Variazioni nella tensione di alimentazione si riflettono sensibilmente sul flusso luminoso.

LAMPADE ALOGENE
Sono anch'esse lampade ad incandescenza e quindi sfruttano lo stesso principio. Nel bulbo sono introdotte piccole quantità di alogeno che danno luogo a un processo che riporta sul filamento il tungsteno volatilizzato.
Esistono lampade alogene del tipo rappresentato in figura, ma sono in commercio anche lampade con normale attacco a vite o quelle miniaturizzate alimentabili in bassa tensione. Queste ultime possono essere dotate anche di specchio ellittico, parabolico o dicroico.
Anche le lampade alogene hanno accensione immediata, non richiedono apparecchiature ausiliarie e hanno un'ottima resa dei colori (IRC=100). Hanno una efficienza luminosa superiore alle normali lampade ad incandescenza (16-25 lm/W) e una vita doppia (2000 ore), ma hanno un costo decisamente più elevato, una maggiore temperatura di funzionamento e sono più delicate. La temperatura di colore va dai 2900 K ai 3000 K.
Il bulbo non deve essere toccato con mani nude, poichè le tracce lasciate innescano un processo di devetrificazione.
Esistono lampade alogene miniaturizzate, alimentate anche a bassa tensione (6-12V) con e senza specchio.

LAMPADE TUBOLARI FLUORESCENTI
Queste lampade fanno parte della categoria delle lampade a scarica nei gas. Per accendersi hanno bisogno di una tensione di innesco che si crea grazie allo starter e quindi di un dispositivo che limiti la corrente di funzionamento ovvero del reattore.
La loro efficenza luminosa è più alta di quella delle lampade ad incandescenza (40-90 lm/W) e la durata può arrivare alle 10000 ore. Purtroppo hanno bisogno di apparecchiature ausiliarie (starter e reattore), hanno grandi dimensioni e generalmente non hanno un'accensione immediata e non si possono usare con regolatori di luce. La resa cromatica ha valori che variano, a seconda dei modelli, da IRC=65 a IRC=85. La temperatura di colore può andare dai 1700 K ai 6500 K. La durata risente del numero di accensioni e le basse temperature possono ridurne sensibilmente il flusso.

LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE
Le apparecchiature ausiliarie, di tipo elettronico, fanno parte integrante della lampada stessa, che può essere quindi avvitata a un portalampada come una normale lampada ad incandescenza.
L'efficienza luminosa e la durata sono simili a quelle delle lampade fluorescenti normali, però le dimensioni sono nettamente inferiori, poichè il tubo risulta ripiegato più volte.
Poichè la durata risente del numero di accensioni, sono particolarmente adatte dove la lampada deve rimane in funzione ininterrottamente per lungo tempo. Non possono essere usate con regolatori di luce.

LAMPADE A VAPORI DI MERCURIO
Utilizzate generalmente per illiminare grandi edifici di tipo industriale - Hanno bisogno di un apposito alimentatore - Accensione in 4-5 minuti - Riaccensione dopo alcuni minuti di raffreddamento - Efficienza luminosa 30-60 lm/W - Temperatura di colore 2900-4200 K - Durata 10000 ore
Lampade a luce miscelata: facili da usare - Efficienza luminosa 11-26 lm/W - Temperatura di colore 3500 K - Durata 3000-4000 ore
Lampade ad alogenuri metallici: hanno bisogno di alimentatore e di accenditore - Efficienza luminosa 67-94 lm/W - Temperatura di colore 4000-4600 K - Durata 5000 ore.

LAMPADE A VAPORI DI SODIO
Ad alta pressione: hanno bisogno di alimentatore e di accenditore - Luce "bianco-oro" - Efficienza luminosa 65-125 lm/W - Temperatura di colore 1900-2100 K - Durata 10000 ore
Esistono nuovi tipi che non necessitano di accenditore, per cui possono utilizzare lo stesso alimentatore delle lampade a vapori di mercurio.
A bassa pressione: hanno bisogno di alimentatore e di accenditore - Luce monocromatica (gialla) - Efficienza luminosa 123-179 lm/W - Temperatura di colore 1800 K - Durata 10000 ore.

LAMPADE AD INDUZIONE
Realizzazione recente - Efficienza luminosa 65 lm/W - Temperatura di colore 3000-4000 K - Durata 60000 ore.

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