Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Radiazione solare e percentuale frequenze...

Ciao a tutti,
mi ponevo una domanda e speravo di trovare qui una risposta.
Non ho competenze di fisica (salvo il liceo) quindi siate clementi :)
Data una radiazione solare di intensità I, che intensità hanno le componenti 
spettrali che la compongono?
In particolare, per un discorso di giardinaggio, mi chiedevo in merito a 
queste due frequenze:
Lunghezza d'onda: 470nm (blue)
Lunghezza d'onda: 630nm (rosso)
Ovviamente non mi interessa la precisa percentuale di picco, ma diciamo un 
range di frequenza attorno a questi valori.
Detto in maniera assai semplice:
Quanto rosso e quanto blu c'è nella luce del sole?
Grazie :)
Giorgia 

 Lunghezza d'onda: 630nm (rosso)
Suppongo che ti serva sapere <<al giardino>> quello che arriva...
Poiche' quello che parte dal sole e' diverso da quello che arriva al
suolo, in quali giorni e a quale ora; l'atmosfera filtra molto il blu
(ma poi polveri pulviscoli aerosol vapori etc etc rendono il tutto
molto aleatorio).
http://www.soultek.com/blog/uploaded_images/solar_spectrum_captured_by_new_solar_technology-735670.jpg

 Quanto rosso e quanto blu c'è nella luce del sole?
Attenzione pero': il concetto di "colore" e quello di "lunghezza d'onda" 
nion coincidono. L'occhio umano - e la corteccia visiva - lavora in 
maniera assai piu' sofisticata di una semplice analisi di frequenze. Per 
cui, se parli di "colore" nel senso della percezione umana, quanto sopra 
va preso con un bel po' di sale.

 wrote:

Ti sembrera' strano, ma dipende da quale curva spettrale prendi (se lo
spettro delle frequenze o delle lunghezze d'onda o altro), quindi la
risposta alla tua domanda non e' univoca.
Vedi anche:
http://groups.google.com/group/free.it.scienza.fisica/browse_thread/thread/c2b26b346992d76a#

 
http://www.soultek.com/blog/uploaded_images/solar_spectrum_captured_by_new_solar_technology-735670.jpg
Mmm...
Avevo già un diagramma simile ma, salvo sia io a non saperlo interpretare 
(possibilissimo!), non trovo le informazioni che mi servono...
Poniamo caso che, a livello del mare, ci siano 10 lumen di radiazione solare 
(luce bianca).
Quanti lumen di rosso (indicativamente a 630nm) e quanti di blu 
(indicativamente a 470) compogono la luce bianca di cui sopra?
Sono state calcolate percentuali di questo tipo?
Grazie 

 (indicativamente a 470) compogono la luce bianca di cui sopra?
Ciao Miao :))
 prendi per buono un rapporto che va da 1.2 a 1.5  (rosso/blu)
http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am0/wehrli1985.new.html
non e' un calcolo esatto
Tutta la banda visibile (come da nota) che appare colorata porta <<in
toto>> una certa quant. di energia , diciamo i tuoi 10 lumen
Allora avrai che proprio quella zona colorata ha tale area e in
maniera poco ortodossa puoi misurare quell'area come 10lumen [se
consideri tutto, "a luce bianca"].
Prendine una fettina, dalla base sino alla curva superiore, che
diciamo ha una larghezza di 1/20 di tutta la banda e misurane
l'area... ottieni in rapporto quanta energia ti porta quell'intervallo
di frequenze....

 Sono state calcolate percentuali di questo tipo?
% rosso = 100*Totrosso/Totbianco,
% blu = 100*Totblu/Totbianco.
Ma non usare percentuali, meglio parlare di frazione.
Per calcolare le superfici con un integrale numerico dovresti avere lo spettro 
in forma numerica, qui c'e' una tabella, ma dello spettro solare *sopra* 
l'atmosfera:
http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/ASTMG173/ASTMG173.html
Comunque, guardando una figura come questa,
http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/ASTMG173.JPG
(non ne trovo di migliori) direi che a occhio, per lo spettro al suolo (curva 
rossa) con le lambda che ho ipotizzato e'
Totrosso/Totbianco =~ 0.25
Totblu/Totbianco =~ 0.15
e il rimanente 0.60 e' da attribuire al verde e al giallo. Ma non chiedermi la 
terza cifra significativa, la seconda e' gia' un'approssimazione :-)
Se intendevi qualcos'altro, dillo, ma riferisciti sempre a bande di frequenza, 
non a frequenze singole.
--
TRu-TS

 (indicativamente a 470) compogono la luce bianca di cui sopra?
Ahime', ora dovrei spiegarti perche' non dovevi parlare di lumen...
Ma sarebbe lungo, complicato e probabilmente irrilevante per la tua
richiesta.
Io sospetto che a te serva un'informazione energetica, ma non ne sono
sicuro.
La ragione per cui non ti si puo' rispondere e' che non ha un senso
preciso parlare d'intensita' *a una data lunghezza d'onda*, ma solo
*in una data banda*.
E naturalmente piu' larga prendi la banda, piu' l'intensita' cresce.
Quindi siamo daccapo: a che ti serve?
 
-- 
Elio Fabri
No al regime clerico-berlusconiano!

 frequenza, non a frequenze singole.
Intendevo esattamente questo :)
Grazie mille a tutti.
Mi accodo al messaggio rispondendo ad elio fabbri. Così vi tolgo la 
curiosità e mi dite anche cosa ne pensate :)
Nella coltivazione in serra si usano vari tipi di luce bianca, HPS, MH, 
CLF... ecc.
Ultimamente però stanno prendendo molto piede lampade a led.
Oltre ad indiscussi vantaggi (consumo, durata) le lampade a led si 
differenziano dagli altri tipi di illuminazione perché non producono uno 
spettro bianco, completo.
Considerato che le piante non utilizzano tutto lo spettro (riflettono il 
verde, ed utilizzano poco o nulla altri spettri) quei geniacci della NASA 
hanno ritenuto inutile spendere energia nell'emettere frequenze poco 
sfruttate.
Hanno analizzato il funzionamento delle varie clorofille ed hanno concluso 
che gli unici spettri realmente necessari sono il Rosso ed il Blu (inutile 
perderci sul discorso della frequenza precisa, sarebbe oltre le mie 
competenze)
Tant è, quindi, che le lampade a led accostano solamente led blu e rossi.
A volte si inserisce qualche led bianco per non stressare la vista 
dell'operatore.
(cercate su google, se vi interessa, led grow light)
Tutto questo ha generato in me una domanda, che mi ha portato al ng.
(sentitevi liberi di esprimervi e di dirmi se ho pensato una cazzata :)
Poniamo caso che una pianta abbia bisogno mediamente di  2000 fc, circa 2 
lumen per centimetro quadrato.
Questo è un valore che si può trovare normalmente su manuale di 
coltivazione... tuttavia questo valore è riferito allo spettro solare 
completo (luce bianca).
Ci significa che in realtà, stando alle proporzioni spettrali che mi avete 
dato, alla pianta, con una led grow light, basterebbe dare .3 di rosso e .2 
di blu.
Il che significa che bisognerebbe darle, con le nuove lampade a led, "solo" 
1 lumen per centimetro quadrato (avendo l'accortezza di mantere le 
proporzioni).
E' giusto, se pur contorto, il mio ragionamento?
In nota, parlavo di "una data banda" perché i led emettono frequenze 
estremanente precise. Almeno stando ai produttori :)
Quindi un calcolo dell'integrale corretto dovrebbe, ad esempio, essere tra 
469 ed i 471 nm per il rosso prodotto dai led. Cosa che, tra l'altro, 
abbasserebbe ulteriormente l'intensità di flusso luminoso necessario per la 
coltivazione.
Scusate se mi sono dilungata :)
Giorgia

 terza cifra significativa, la seconda e' gia' un'approssimazione
E con lo spettro di frequenze, invece che di lunghezze d'onda, quanto
verrebbero quei rapporti?

 verrebbero quei rapporti?
Ma certamente identici! Le curve sono ovviamente differenti, ed anche i loro 
massimi cadono ad f e lambda non esattamente corrispondenti, ma proprio perche' 
una esprime la densita' di energia per unita' di frequenza e l'altra per unita' 
di lunghezza d'onda: e per lo stesso motivo l'integrale dello spettro in 
frequanza fra due qualunque f' ed f" dev'essere eguale all'integrale dello 
spettro in lunghezza d'onda fra le corrispondenti lamba' e lambda".
(Mi scuso fra l'altro per aver scritto incorrettamente i rapporti in lumen. 
L'unita' di misura che ho effettivamente usato pere il calcolo, riportata anche 
sullo spettro e sulla tabella di cui ho postato i link, e' il W/m^2).
ciao
--
TRu-TS

 coltivazione.
A questo non credo. Se la clorofilla richiede, e assorbe, in tutta la banda 400 
- 480 e in tutta la banda 620 - 720, non e' che puoi darle *solo* la potenza 
luminosa che assorbirebbe fra 469 e 471 e fra, chesso', 680 - 685. La povera 
piantina morirebbe d'inedia. E, come dicevo sopra, neppure che puoi darle tutta 
l'energia necessaria, ma concentrata in queste due righe.
BTW, ho visto nei forum che trattano di questo che per la fioritura viene 
suggerita un'illuminazione molto piu' "rossastra" che durante la crescita. Non 
sara' che vengono coinvolti anche altri tipi di pigmento oltre alla clorofilla?
Buone fusa
--
TRu-TS

 Quanto rosso e quanto blu c'è nella luce del sole?
Visto che non ti e' stato ancora chiarito, ti spiego meglio.
Prendiamo lo spettro del corpo nero ad una determinata temperatura
(quale sia non cambia per il discorso che devo faro) diciamo 6000K
(circa la T della superficie solare), cosi' facciamo prima.
In funzione della lunghezza d'onda L, la densita' di energia (energia
per unita' di volume) per unita' di intervallo di lunghezza d'onda
della radiazione vale:
R(L) = [8(pi)hc/L^5] * 1/[exp(hc/LkT) - 1]
in funzione della frequenza f vale:
Q(f) = [8(pi)h(f/c)^3] * 1/[exp(hf/kT) - 1]
(pi) e' pigreco, h la costante di Planck, k la costante di Boltzmann
(c lo sai).
Prendiamo un piccolo intervallo di lunghezze d'onda attorno ai due
colori che hai detto (uguale per i due colori) e calcoliamo, con la
prima funzione, le loro intensita' relative:
L1 = 470 nm (blu)
L2 = 630 nm (rosso)
R(L1) / R(L2) = (L2/L1)^5 * [exp(hc/L2kT) - 1] / [exp(hc/L1kT) - 1] 1.16
Adesso calcoliamolo prendendo invece un piccolo intervallo di
frequenze (uguale per i due colori) con la seconda funzione:
Q(f1) / Q(f2) = (f1/f2)^3 * [exp(hf2/kT) - 1] / [exp(hf1/kT) - 1]  
(scrivo la frequenza f in funzione della lunghezza d'onda: f = c/L) 
= (L2/L1)^3 * [exp(hc/L2kT) - 1] / [exp(hc/L2kT) - 1] = 0.65
Come vedi i due numeri 1.16 e 0.65 sono differenti.
Conclusione: non si puo' rispondere alla tua domanda.

estremanente precise.
 >tra 469 ed i 471 nm per il rosso prodotto dai led.
Come puoi vedere centra un picco  di clorofilla b.

sara' che vengono coinvolti anche altri tipi di pigmento oltre alla clorofilla?
Se invece non parliamo solo di clorofilla ma di tutta la pianta....
boh!
In questo caso puņ benissimo essere che sia importante tutto lo
spettro.

 Come vedi i due numeri 1.16 e 0.65 sono differenti.
Cometa, ma che conti stai facendo??
Se prendi due piccoli intervalli di lunghezza d'onda dL "uguali per i 
due colori" attorno a  L1 = 470 nm e L2 = 630 nm delimiti due intervalli 
di lunghezze d'onda che, trasformati in frequenze, *non sono affatto* 
due intervalli di frequenza eguali attorno alle due frequenze 
corrispondenti:
f = c/L = c L ^-1
df = (df/dL) dL = c (-1) L^-2 dL
df1/df2 = L1^-2/L2^-2 = 630^2/470^2 = 1,796
e, guarda caso,
1,796 * 0,65 = 1,167.
Cioe' hai integrato su intervalli di frequenza eguali i cui estremi non 
corrispondono affatto agli estremi di due intervalli eguali di lunghezza 
d'onda.
Invece, se tu integri lo spettro in lunghezza d'onda fra L1 ed L2, e lo 
spettro in frequenza fra f1=c/L1 ed f2=c/L2, quello che ottieni e':
- nel primo caso, l'energia (per m^2 s^-1) trasportata da fotoni di 
lunghezze d'onda compresa fra L1 ed L2;
- nel secondo caso, l'energia (per m^2 s^-1) trasportata da fotoni di 
frequenza compresa fra f2 ed f1;
cioe' *esattamente la stessa cosa*. Se i due spettri sono corretti, o 
almeno se hai ricavato correttamente l'uno dall'altro, i due risultati 
*devono* essere eguali.
Non confondere ulteriormente le idee a Miao, le abbiamo gia' dato 
abbastanza motivi di confusione :-)
ciao
--
TRu-TS

 corrispondenti:
Me lo immaginavo che avresti risposto cosi'   :-)
Il punto e': chi mi impedisce di prendere lo spettro di frequenza,
invece che di lunghezza d'onda, e calcolare le energie che competono a
due intervalli *uguali* centrati sulle due frequenze del rosso e del
blu?
Anzi, potrebbe anche avere piu' significato fisico, visto che
l'energia dei fotoni e' proporzionale alla frequenza, e non alla
lunghezza d'onda...
Quando Elio Fabri ha risposto all'OP dicendo: "ma a te *cosa*
interessa in realta'?", intendeva questo (sono pressoche' sicuro).