ÓPTICA

FOTOMETRÍA

flujo radiante es la medida de la potencia de una radiación electromagnética (incluyendo los infrarrojos, ultravioletas y la luz visible). Es la energía que transportan las ondas por unidad de tiempo. Esta potencia puede ser la total emitida por una fuente o la total que llega a una superficie determinada.

${\displaystyle \Phi _{e}={\frac {\mathrm {d} Q_{e}}{\mathrm {d} t}}}$

Unidades[editar]

La unidad del Sistema Internacional de Unidades (SI) para el flujo radiante es el vatio (W), que indica la energía por unidad de tiempo o, utilizando unidades del SI, los julios por segundo. Así, si tenemos una fuente de radiación que tiene un flujo radiante de 1 W, significa que emite 1 julio de energía cada segundo.

Unidades del SI utilizadas en radiometría

Magnitud física	Símbolo	Unidad del SI	Abreviación	Notas
Energía radiante	Q	julio (unidad)	J	energía
Flujo radiante	Φ	vatio	W	Energía radiada por unidad de tiempo. Potencia.
Intensidad radiante	I	vatio por estereorradián	W•sr−1	Potencia por unidad de ángulo sólido
Radiancia	L	vatio por estereorradián por metro cuadrado	W•sr−1•m−2	Potencia. Flujo radiante emitido por unidad de superficie y por ángulo sólido
Irradiancia	E	vatio por metro cuadrado	W•m−2	Potencia incidente por unidad de superficie
Emitancia radiante	M	vatio por metro cuadrado	W•m−2	Potencia emitida por unidad de superficie de la fuente radiante
Radiancia espectral	Lλ o Lν	vatio por estereorradián por metro cúbico o vatio por estereorradián por metro cuadrado por hercio	W•sr−1•m−3 o W•sr−1•m−2•Hz−1	Intensidad de energía radiada por unidad de superficie, longitud de onda y ángulo sólido. Habitualmente se mide en W•sr−1•m−2•nm−1
Irradiancia espectral	Eλ o Eν	vatio por metro cúbico o vatio por metro cuadrado por hercio	W•m−3 o W•m−2•Hz−1	Habitualmente medida en W•m−2•nm−1

índice de claridad (K_Ta), definido como la relación entre la irradiación anual sobre una superficie horizontal situada en la Tierra y la irradiación anual sobre una superficie horizontal situada fuera de la atmósfera:

${\displaystyle K_{TA}={\frac {Radiacion_{global}}{Radiacion_{extraatmosferica}}}}$

Este parámetro, propuesto originariamente por Liu y Jordan, mide la transparencia de la atmósfera, y en él se apoyan la mayoría de los métodos para estimar la radiación sobre superficies inclinadas. El valor promedio de irradiación anual extra-atmosférica diaria horizontal para la latitud de Madrid (España) es de 7.738 Wh/m².

Índice de Reflectancia Solar:

El Índice de Reflectancia Solar (siglas SRI en inglés) es una medida de la capacidad que un techo posee para rechazar el calor solar, que se manifiesta por una pequeña alsa de temperatura. Se define que un negro estándar (reflectancia 0.05, emitancia 0,9) es 0 y que un blanco estándar (reflectancia 0,8 y emitancia 0,9) es 100. Por ejemplo, el negro estándar tiene un aumento de temperatura de 90°F (50°C) en sol pleno y el blanco estándar tiene un aumento de temperatura de 14,6°F (8,1°C). Una vez calculado el aumento máximo de temperatura de un material determinado, se puede calcular el SRI interpolando entre los valores para blancos y negros.

Así que, el SRI es una escala de 0 a 100, siendo 0 el valor más plausible para absorber e irradiar calor (tal como un techo de alquitrán) y 100 siendo lo más reflectivo (calentándose menos), tal como el techo frío, el cual se pinta con pintura blanca reflectiva.

En LEED, las categorías de crédito para Sitios Sustentables se refieren al SRI como requisito para el cumplimiento del SSC7: Techos - Efecto de Isla de Calor que describe diferentes niveles de SRI para las azoteas de distintas pendientes.

Algunos otros conceptos que están relacionados con el SRI y que se utilizan comúnmente en LEED y la construcción ecológica son:

• Isla de calor: La diferencia de gradiente térmico entre áreas desarrolladas y no desarrolladas.
• Efecto Isla de Calor: La absorción de calor por pasarelas, tales como pavimento oscuro, no reflectante y edificios, y su radiación a las áreas circundantes.
• Albedo / reflectancia: Capacidad de una superficie para reflejar la luz del sol (0-1)
• Emisividad: La proporción de la radiación emitida por una superficie a la radiación emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura.
• Emitancia: Capacidad de una superficie para arrojar la radiación térmica (de 0 a 1)

Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios con diferentes índices de refracción (n₂ > n₁). Como la velocidad de fase es menor en el segundo medio (v₂ < v₁), el ángulo de refracción θ₂ es menor que el ángulo de incidencia θ₁; esto es, el rayo en el medio de índice mayor es cercano al vector normal.

Frentes de onda de una fuente puntual en el contexto de la ley de Snell. La región debajo de la línea gris tiene un índice de refracción mayor y velocidad de onda proporcionalmente menor que la región por encima de la línea.

Se denomina índice de refracción al cociente de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula.¹​ Se simboliza con la letra ${\displaystyle n}$ y se trata de un valoradimensional.

${\displaystyle n={\frac {c}{v}}}$

donde:

${\displaystyle c\,}$: la velocidad de la luz en el vacío

${\displaystyle v\,}$: velocidad de la luz en el medio cuyo índice se calcula (agua, vidrio, etc.).

${\displaystyle n\,}$: índice de refracción del medio.

El índice de refracción de un medio es una medida para saber cuánto se reduce la velocidad de la luz (o de otras ondas tales como ondas acústicas) dentro del medio.

Definición física[editar]

El índice de refracción (n) está definido como el cociente de la velocidad (c) de un fenómeno ondulatorio como luz o sonido en el de un medio de referencia respecto a la velocidad de fase (v_p) en dicho medio:

${\displaystyle n={\frac {c}{v_{\mathrm {p} }}}.}$

Generalmente se utiliza la velocidad de la luz en el vacío (c) como medio de referencia para cualquier materia, aunque durante la historia se han utilizado otras referencias, como la velocidad de la luz en el aire. En el caso de la luz, es igual a:

${\displaystyle n={\sqrt {\epsilon _{r}\mu _{r}}},}$

Donde ε_r es la permitividad relativa del material, y μ_r es su permeabilidad electromagnética relativa. Para la mayoría de los materiales, μ_r es muy cercano a 1 en frecuencias ópticas, es decir, luz visible, por lo tanto, n es aproximadamente ${\displaystyle {\sqrt {\epsilon _{r}}}}$.

Valores para diferentes materiales[editar]

Artículo principal: Lista de Índices de refracción

El índice de refracción en el aire es de 1,00029 pero para efectos prácticos se considera como 1, ya que la velocidad de la luz en este medio es muy cercana a la del vacío.

Otros ejemplos de índices de refracción para luz amarilla del sodio (λ=589,6 nm):

Material	Índice de refracción
Vacío	1
Aire (*)	1,0002926
Agua	1,3330
Acetaldehído	1,35
Solución de azúcar (30%)	1,38
1-butanol (a 20 °C)	1,399
Glicerina	1,473
Heptanol (a 25 °C)	1,423
Solución de azúcar (80%)	1,52
Benceno (a 20 °C)	1,501
Metanol (a 20 °C)	1,329
Cuarzo	1,544
Vidrio (corriente)	1,52
Disulfuro de carbono	1,6295
Cloruro de sodio	1,544
Diamante	2,43
(*) en condiciones normales de presión y temperatura (1 bar y 0 °C)

Refracción inusual[editar]

Ejemplo de un rayo electromagnético pasando por un metamaterial con refracción negativa.

La investigación reciente también ha demostrado la existencia de índice de refracción negativo, lo que puede ocurrir si las partes reales tanto de permitividad ${\displaystyle \epsilon }$_eff como ${\displaystyle \mu }$_eff pueden tener permeabilidad con valores negativos. No se espera que esto ocurra naturalmente con luz visible con algún material, aunque puede lograrse con metamateriales; materiales creados en laboratorio para dicho propósito. El índice de refracción negativa ofrece la posibilidad de superlentes, dispositivo de invisibilidad y otros fenómenos exóticos.

Por otra parte, el índice de refracción, en algunos materiales, depende de la frecuencia del rayo incidente. Por esta misma razón, y en ciertos materiales, podemos obtener un índice de refracción negativo no estándar. Por otro lado, como ya se dijo, existen metamateriales que permiten esta propiedad en condiciones estándar o con la luz visible.

Índice de refracción efectivo[editar]

En una guía de ondas (ej: fibra óptica) el índice de refracción efectivo determina el índice de refracción que experimenta un modo de propagación en razón a su velocidad de grupo. La constante de propagación de un modo que se propaga por una guía de ondas es el índice efectivo por el número de onda del vacío:

${\displaystyle \beta =n_{\rm {eff}}k_{0}=n_{\rm {eff}}{\frac {2\pi }{\lambda _{0}}}}$

Nótese que el índice efectivo no depende sólo de la longitud de onda sino también del modo de propagación de la luz (${\displaystyle \beta }$). Es por esta razón que también es llamado índice modal.

El índice de refracción efectivo puede ser una cantidad compleja, en cuyo caso la parte imaginaria describiría la ganancia o las pérdidas de la luz confinada en la guía de ondas.

No debe confundirse con la idea que el índice efectivo es una medida o promedio de la cantidad de luz confinada en el núcleo de la guía de onda. Esta falsa impresión resulta de observar que los modos fundamentales en una fibra óptica tienen un índice modal más cercano al índice de refracción del núcleo.

Aplicaciones[editar]

La propiedad refractiva de un material es la propiedad más importante de cualquier sistema óptico que usa refracción. Es un índice inverso que indica el grosor de los lentes según un poder dado, y el poder dispersivo de los prismas. También es usado en la química para determinar la pureza de los reactivos químicos y para la renderización de materiales refractantes en los gráficos 3D por computadora.