Glosario de luz blanca y fotometría

Luz blanca

La luz blanca es radiación electromagnética que abarca todas las longitudes de onda dentro del espectro visible, normalmente de 380 a 780 nanómetros (nm). A diferencia de la luz monocromática, que consiste en una sola longitud de onda y aparece coloreada, la luz blanca es una composición de múltiples componentes espectrales, cada uno correspondiente a diferentes colores. La fuente más familiar es la luz solar, que aparece blanca debido a su espectro continuo y equilibrado. Las fuentes artificiales como las bombillas incandescentes, algunos LED y lámparas fluorescentes están diseñadas para imitar esta composición y que los humanos las perciban como blancas.

La sensación de blancura surge cuando los tres tipos de conos del ojo humano—sensibles a las longitudes de onda cortas (S), medias (M) y largas (L)—son estimulados en proporciones que el cerebro interpreta como blanco. Esto puede resultar de una distribución continua de longitudes de onda (fuentes naturales o incandescentes) o de la mezcla de unas pocas longitudes de onda discretas (como en las pantallas digitales RGB).

La luz blanca es vital en todos los campos relacionados con la visión: desde la aviación (donde la claridad de la iluminación y la precisión del color son críticas para la seguridad y la navegación), hasta la arquitectura, la industria y la teledetección. Su contenido espectral puede descomponerse en el conocido arcoíris de colores usando un prisma, revelando su naturaleza compuesta—un fenómeno estudiado por primera vez por Isaac Newton.

Espectro electromagnético

El espectro electromagnético es el rango completo de longitudes de onda o frecuencias de la radiación electromagnética, desde los rayos gamma (con longitudes de onda menores a un nanómetro) hasta las ondas de radio (con longitudes de onda de kilómetros). El espectro visible—relevante para la luz blanca—cubre solo una pequeña porción, de unos 380 a 780 nm.

Adyacentes al rango visible están el ultravioleta (100–380 nm) y el infrarrojo (780 nm–1 mm). Estas regiones son invisibles para el ojo humano pero importantes en la tecnología y la ciencia. Por ejemplo, los sistemas de iluminación en aviación están diseñados para maximizar la visibilidad emitiendo longitudes de onda menos afectadas por condiciones atmosféricas como la niebla.

Espectro visible

El espectro visible es la parte del espectro electromagnético que el ojo humano promedio puede percibir, normalmente de 380 a 780 nm. Dentro de esta banda, diferentes longitudes de onda corresponden a distintos colores:

Los límites no están claramente definidos debido a la superposición de sensibilidades de los conos y a diferencias individuales en la visión. Los límites del espectro visible pueden ajustarse en normas técnicas (por ejemplo, 400–700 nm para la fotometría).

Distribución espectral

La distribución espectral describe cómo una fuente de luz emite energía a lo largo del espectro visible. Normalmente se muestra como un gráfico de intensidad frente a longitud de onda.

Tipos de distribución espectral:

• Espectro continuo: Emitido por fuentes como el Sol o bombillas incandescentes; incluye todas las longitudes de onda visibles.
• Espectro de líneas: Emitido por lámparas de descarga de gas; consiste en picos agudos en longitudes de onda discretas (por ejemplo, lámparas de vapor de sodio o mercurio).
• Espectro de bandas: Contiene grupos de líneas muy próximas, presente en lámparas de alta presión o ciertos fenómenos naturales.

La distribución espectral determina el aspecto cromático, la temperatura de color y la reproducción cromática. En aviación, la iluminación debe cumplir normas sobre distribución espectral para garantizar la seguridad y el rendimiento.

Percepción del color

La percepción del color es la experiencia subjetiva resultante de la estimulación de la retina por diferentes longitudes de onda. El ojo humano tiene tres tipos de conos:

El cerebro interpreta las respuestas combinadas para crear la sensación de color. Cuando los tres se estimulan por igual, el resultado es “blanco”. La sensibilidad del ojo alcanza su máximo alrededor de 555 nm en condiciones diurnas (visión fotópica) y se desplaza a 507 nm (visión escotópica) en baja iluminación—un fenómeno llamado efecto Purkinje.

La percepción del color depende del contexto, la adaptación y la composición espectral de la luz. El metamersimo ocurre cuando diferentes espectros se perciben como el mismo color. Las normas de aviación especifican límites de cromaticidad para luces blancas y de colores para garantizar la seguridad.

Mezcla aditiva de colores

La mezcla aditiva de colores es cómo diferentes luces coloreadas se combinan para producir nuevos colores—including blanco—al estimular los conos retinianos en proporciones específicas. Al mezclar luz roja, verde y azul (RGB) en las intensidades adecuadas se obtiene blanco. Este principio se utiliza en pantallas digitales, instrumentos de cabina y señalización aeroportuaria.

La mezcla aditiva es distinta de la mezcla sustractiva (usada en pigmentos y filtros). Las normas internacionales definen coordenadas de cromaticidad para el “blanco” aeronáutico y otros colores operativos, asegurando el reconocimiento confiable de los colores.

Temperatura de color

La temperatura de color describe el tono de la luz blanca comparándolo con el espectro de un radiador de cuerpo negro ideal a una temperatura dada (en kelvin, K). Las temperaturas de color más bajas (2700–3500 K) aparecen cálidas (amarillo/rojo), mientras que las más altas (5000–6500 K) parecen frías (blanco azulado).

La temperatura de color es crucial en la iluminación aeronáutica e industrial, ya que favorece el confort visual, la seguridad y la discriminación precisa de los colores.

Flujo luminoso

El flujo luminoso es la cantidad total de luz visible emitida por una fuente en todas direcciones, ponderado por la sensibilidad del ojo humano. Se mide en lúmenes (lm) y difiere de la potencia radiante (vatios) al considerar solo las longitudes de onda visibles.

El flujo luminoso (Φ_v) se calcula integrando la distribución espectral de potencia con la función de eficacia luminosa del ojo (V(λ)), que alcanza su máximo en 555 nm. Es un parámetro clave para especificar el rendimiento de lámparas y luminarias en entornos aeronáuticos e industriales.

Intensidad luminosa

La intensidad luminosa mide cuánta cantidad de flujo luminoso se emite en una dirección específica, dentro de un ángulo sólido determinado. Se mide en candelas (cd), donde una candela equivale a un lumen por estereorradián.

Las luces direccionales (por ejemplo, luces de pista, balizas) se especifican según su intensidad luminosa. Las normas de la OACI definen valores requeridos y distribuciones angulares para la seguridad en la aviación.

Iluminancia

La iluminancia cuantifica la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie por unidad de área, medida en lux (lx), donde un lux es un lumen por metro cuadrado. Determina cuán iluminada está una superficie y es fundamental para la visibilidad en aeropuertos, cabinas y áreas de trabajo.

La OACI y otros organismos especifican niveles requeridos de iluminancia para la navegación y operaciones seguras. Los luxómetros miden la iluminancia y ayudan a garantizar que los sistemas de iluminación cumplan con los estándares.

Luminancia

La luminancia es el brillo de una superficie emisora o reflectante de luz según lo percibe un observador, considerando tanto la intensidad como el área proyectada. Se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m²) y es clave para la legibilidad de pantallas, señalización y ergonomía visual.

Se calcula como: L = I / (A · cosθ)

donde L es la luminancia, I es la intensidad, A es el área y θ es el ángulo entre la normal de la superficie y la dirección de observación. Las normas en aviación especifican valores de luminancia para garantizar la visibilidad y la seguridad.

Fotometría

La fotometría es la ciencia que mide la luz visible tal como la percibe el ojo humano. Involucra magnitudes como flujo luminoso, intensidad, iluminancia y luminancia, todas ponderadas por la sensibilidad espectral del ojo. La fotometría es esencial en el diseño de iluminación, la seguridad y el cumplimiento normativo—especialmente en aviación, arquitectura e industria.

Las mediciones fotométricas utilizan sensores y filtros calibrados según la respuesta visual humana, asegurando coherencia y relevancia para la percepción real. Las normas internacionales (OACI, CIE) definen procedimientos y umbrales para los parámetros fotométricos en entornos críticos.

Al comprender la luz blanca, sus propiedades espectrales y las magnitudes fotométricas, los ingenieros y operadores pueden diseñar sistemas de iluminación que optimicen la visibilidad, la seguridad y el confort—especialmente en aplicaciones exigentes como la aviación y el transporte.