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¿Qué tan brillantes son las linternas LED? ¿Y qué diablos es un lumen?

julio 1, 2021


Parece que Llevo bastante tiempo obsesionado con las linternas. Quizás comenzó cuando el Maglite las luces se hicieron populares en los años 80. Fue ese mini Maglite que funcionaba con 2 pilas AA lo que realmente me gustó. Era lo suficientemente pequeño como para poder llevarlo y lo suficientemente brillante como para ser útil. Cuando era un poco mayor, incluso construía y modificaba mis propias linternas. Uno de mis favoritos era una luz subacuática que usaba para bucear en cuevas. Funcionaba con una gran batería de plomo-ácido y alimentaba una bombilla de proyector de 25 vatios. Eso fue genial (pero no superportátil).

En estos días, puede obtener algunas de estas luces LED súper brillantes. Son baratos y duran mucho tiempo, así que supongo que ya no tiene sentido tratar de encontrar la mejor linterna. ¡Pero siempre tiene sentido hacer algo de física! Entonces, mi próximo paso es analizar el brillo, eso es lo que hago.

La linterna que tengo está listada en 900 lúmenes. Pero que diablos es un lumen?

Realmente, el estudio de la luz es muy antiguo. En el pasado, no usaban luces LED elegantes ni medían cosas con computadoras. No, solo usaron velas. De hecho, la unidad del lumen proviene de una vela. Sí, una vela real. Técnicamente, es de una vela estándar, que es una vela que produce una llama de un brillo particular y reproducible. A medida que una vela produce luz, se extiende y disminuye su intensidad, y si integraras la intensidad en toda una esfera que rodea una vela, obtendrías la salida total (técnicamente llamado flujo luminoso, que suena bastante bien). Una vela tendría un brillo de 4π lúmenes (el 4π proviene del área de una esfera).

¡Pero espera! ¿En qué se diferencia de la potencia total de salida? Sí, si tiene una luz, emite energía por tiempo que podría calcularse como potencia (en vatios). Para una luz típica, gran parte de este poder estaría en formas que no son detectables por el ojo humano, como cosas en el espectro infrarrojo. Entonces, el brillo en lúmenes es solo algo detectable por humanos. Realmente, esto es lo mejor, ya que en los primeros días de la ciencia el único detector de luz que podía usarse era el ojo humano.

Si quiero medir el brillo de una linterna, realmente no quiero usar mis ojos. Los ojos no dan un valor numérico como resultado. Esto significa que tendría que hacer algo extraño para convencerte de que una luz tiene un brillo particular. En su lugar, voy a usar un sensor de luz (Estoy usando este) —Pero no mide el brillo. Mide la intensidad luminosa (al menos así lo llamo yo pero otros llámalo la iluminancia). Este es el brillo visible por unidad de área y se mide en lux.

Dado que esto puede resultar confuso, permítanme usar una analogía. Suponga que tiene una hoja de papel que está bajo la lluvia y se está mojando. Hay dos cosas a considerar para su papel mojado. Primero, está la tasa de lluvia. Puede llover fuerte o suave. Esto es como la intensidad luminosa. En segundo lugar, está la velocidad a la que el agua golpea el papel. Esto depende tanto de la tasa de lluvia como del tamaño del papel. La lluvia total que golpea el papel sería como el flujo luminoso (en lúmenes).

Para calcular el flujo luminoso, puedo medir la intensidad luminosa y asumir que es constante en un área. El producto de la intensidad y el área me daría el flujo luminoso en lúmenes. Así que esto es lo que voy a hacer. Tomaré mi linterna y apuntaré al sensor de luz. También mediré el tamaño del punto de luz que hace (en metros cuadrados). Si la intensidad es constante en toda el área, solo necesito multiplicar el área y el valor de lux.



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