Per luce si intende la porzione di radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d’onda nel vuoto compresa tra circa 400 e 700 nm.
Non è facile rispondere alla domanda, in quanto non è ben definito cosa significhi intensità della luce, sia perché per quanto detto la luce comprende un intervallo di radiazioni a diverse frequenze, sia perché sono molte le possibili definizioni di intensità di luce (o più in generale, di radiazione).
Una divisione fondamentale consiste nel considerare la radiazione esclusivamente dal punto di vista fisico, cioè energetico ed oggettivo, ovvero nel considerare la luce OSSERVATA da uno spettatore. Si parla rispettivamente allora di grandezze RADIOMETRICHE e grandezze FOTOMETRICHE.
Storicamente la fotometria è nata prima della radiometria, in quanto per molto tempo l’unico strumento capace di rivelare la luce è stato l’occhio umano. Per riuscire a fare misurazioni quantitative fu necessario però ricorrere a strumenti di zero, cioè che richiedessero soltanto la comparazione tra la luminosità di due finestrelle affiancate, in quanto la risposta dell’occhio non è interpretabile quantitativamente.
Più recentemente è stato possibile costruire strumenti capaci di rivelare la radiazione intercettata in maniera assoluta, relativamente perciò alle sue caratteristiche ENERGETICHE. E’ nata quindi la radiometria.
Per collegare in qualche modo le due branche è stata studiata la curva di risposta dell’occhio umano, che può essere schematicamente rappresentata da una campana con un picco a 550 nm ( nel giallo-verde) e che praticamente si annulla sotto i 400 e oltre i 700 nm.
A questo punto si può dire che una sorgente di luce può essere radiometricamente molto intensa, seppure la sua percezione è debole, basta che emetta in zone spettrali in cui la risposta dell’occhio è bassa. Da ciò segue che, se due luci sono eterocromatiche (composte cioè da più lunghezze d’onda mescolate, come per esempio la luce bianca) è difficile fare una stima precisa delle loro caratteristiche fotometriche. Per casi del genere sono stati ideati dei metodi di misura appositi e più o meno approssimati.
Si possono ora definire delle opportune unità di misura in ognuno dei due ambiti considerati:
Radiometria Fotometria
Flusso radiante Intensità luminosa
Intensità radiante Illuminamento
Radianza Radianza luminosa o luminanza
Irradianza Irradianza luminosa
Emettenza radiante Flusso luminoso
Quantità di radiazione Quantità di luce
Esposizione radiante Esposizione luminosa
Senza entrare nel dettaglio delle varie definizioni, basti dire che la quantità più utile ai nostri scopi è l’irradianza, che consiste nella potenza incidente su una superficie unitaria, e si misura pertanto in Wm-2. Le quantità radiometriche ora dichiarate in realtà si possono considerare per ogni singola lunghezza d’onda che compone il fascio, e si parla allora di quantità spettrali. Quando viceversa si considera anche la direzione da cui proviene la radiazione si parla allora di radianza, che è misurata di conseguenza in W m-2 sr-1, in cui sr (steradiante) indica l’unità di angolo solido.
Occorre inoltre considerare che per sorgenti puntiformi e a distanza finita, quali possono essere lampadine e altre sorgenti artificiali, la potenza irradiata decresce con il quadrato della distanza, per cui si otterranno radianze e irradianze decrescenti allontanandosi dalla sorgente, per cui è impossibile definire precisamente la radianza di una lampadina, proprio perché questa dipende dalla
Distanza da cui la si osserva. Si potrebbe integrare il valore su tutta la sfera e normalizzarlo alla distanza, ma diventerebbe allora una misura fotometrica.
Il confronto è però facile da fare con sorgenti laser, in quanto il fascio collimato rende agevole il calcolo della irradianza. E’ poi da notare che nel caso di laser la radiazione è praticamente monocromatica, per cui la potenza irradiata è disponibile tutta ad una lunghezza d’onda, mentre per luci naturali o comunque a larga banda si considera il totale su tutto lo spettro irradiato. L’irradianza solare totale raggiunge tipicamente valori di 1000 Wm-2 (al di sopra dell’atmosfera), come è stato misurato da vari satelliti.
Moderni laser a stato solido o ad eccimeri possono irradiano tipicamente 1012 Wm-2 (1000 miliardi), per cui superiori di molti ordini di grandezza alla luce solare.