Approfondimento su PAR, Lumen, Lux e Micromoli

PAR, Lumen, Lux e Micromoli

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Il sistema di misura dell'intensità luminosa più noto e diffuso è basato su una grandezza detta lumen che consiste nella curva di reazione dell’occhio allo stimolo mentre il suo derivato lux è la quantità di luce proveniente da una rifrazione della superficie colpita dai fotoni (lumen/mq). Tali unità di misura si sono diffuse perchè rispondenti alle esigenze della illuminotecnica e della fotografia i campi di applicazione delle lampade basate sulla particolare risposta dell'occhio umano alla luce. I due sistemi di misura sono fortemente correlati, differendo in pratica solo per il tipo di spettro luminoso preso in considerazione: La luce visibile all'occhio umano nel primo caso, la luce "visibile" alle foglie delle piante (PAR) nel secondo. Gli strumenti di misura alla nostra portata sono in lux, ma esiste la possibilità di convertire tra loro le grandezze attraverso l'uso di opportuni coefficienti. Solo una piccola parte dello spettro delle radiazioni luminose è visibile all’occhio umano. Questa frazione è compresa tra 380 e 780 nm e rappresenta ciò che definiamo ‘luce’.

La massima sensibilità si colloca a circa 555 nm (luce gialla-verde) e cala in presenza di lunghezze d’onda più lunghe (rosso) o più corte (blu). La sensibilità dell’occhio umano alla luce rossa (650nm) rappresenta appena il 10% del valore massimo. La quantità di luce visibile è espressa in lumen (lm) ed è basata sulla curva di reazione dell’occhio mentre se proveniente da una determinata sorgente rifrangendosi su di una superficie è espressa in lux (= lm m-2). Come abbiamo detto precedentemente, la luce comprende la parte visibile della radiazione emessae copre solo una piccola parte della quantità complessiva di radiazioni elettromagnetiche. La radiazione è costituita da vibrazioni ed è quindi caratterizzata da una lunghezza d’onda. La distribuzione globale di tutte le lunghezze d’onda è nota con il nome di “spettro”. Una lunghezza d’onda è espressa in metri; i prefissi micro (μ) e nano (n) indicano rispettivamente un milionesimo e un miliardesimo di metro.

Vari tipi di radiazioni con i rispettivi intervalli di lunghezze d’onda

• Radio (AM) 200 -2.000 m
• Radio (FM) 3 -3,3 m
• TV 0,3 - 1,5 m
• Infrarosso 0,78 - 100 μm
• Luce 380 - 780 nm
• Ultravioletto 1 -380 nm
• Raggi X 0,01 -1 nm

Lo spettro della radiazione solare può essere suddiviso approssimativamente in ultravioletto (UV), luce visibile, infrarosso (IR) e radiazione a lunghezza d’onda lunga (calore). La radiazione ultravioletta presenta lunghezze d’onda da corte a molto corte, mentre la radiazione infrarossa comporta lunghezze d’onda molto più lunghe. La frazione visibile della radiazione è compresa tra 380 e 780 nm e comprende i vari colori della luce. Si tratta del cosiddetto spettro cromatico della luce.

Colori della luce e relativi intervalli di lunghezze d’onda:

• Viola 380 -435 nm
• Blu 435 -500 nm
• Verde 500 -555 nm
• Giallo 555 -600 nm
• Arancione 600 -650 nm
• Rosso 650 - 780 nm

Il livello e la durata dell’irraggiamento solare è misurato con l’ausilio di un polarimetro, strumento che misura l’energia complessiva delle radiazioni a onda corta (una parte delle radiazioni solari) comprese tra circa 300 e 3000 nm. Si tratta della cosiddetta radiazione globale. L’irradiamento di questa radiazione globale è espresso in joule al secondo per m² (J s-1m-2) o, in alternativa, in watt per m².(W m-2), dove 1 J s-1 = 1 L’irradiamento naturalmente è molto importante per la crescita delle piante, ma la quantità di radiazioni ricevute, durante la giornata, è ancora più importante. Si tratta della cosiddetta somma di radiazioni, pari all’irradiamento moltiplicato per la durata in secondi, spesso espresso in joule per m² al giorno. (J m-2 d-1) (Photosynthetic Photon Flux Density), è la sola grandezza che deve essere utilizzata per esprimere la quantità di luce necessaria per il processo di fotosintesi. Il PPF è paragonabile al concetto del lux (lumen m-2), ma è basato sulla reazione sensibile delle piante. Il PPFD viene misurato con l’ausilio di un sensore di quanti ed è espresso in μmol di fotoni per m² al secondo (μmol m-2 s-1). Quando si parla di PAR (Photosynthetic Active Radiation), si fa riferimento al contenuto energetico della luce tra 400 e 700 nm (in W m-2 = Watt PAR).

• PPF = numero totale di fotoni emessi al secondo tra 400 e 700 nm; unità di misura μmol s-1
• PPFD = numero di fotoni al secondo tra 400 e 700 nm per area unitaria; unità di misura μmol m-2 s-1
• PAR = contenuto energetico al secondo della luce tra 400 e 700 nm per area unitaria; unità di misura W m-2
• 400 Watt da 110 a 140 Watt PAR
• 600 Watt da 180 a 220 Watt PAR
• 1000 Watt da 320 a 410 Watt PAR

Per esempio, una lampada HPS 400Watt ha più lumen che una MH 400Watt ma un minor numero di Watt PAR questo dipende dalla radiazione luminosa emessa (fotoni nella parte violetta dello spettro + Energetici). Considerare la luce come fotoni è molto più utile ai fini pratici. Possiamo immaginare il comportamento dei fotoni come se fossero goccioline di acqua. Il livello istantaneo luminoso in μmol/mq.s è il numero di goccioline raccolte in un metro quadro di superficie al secondo. Allo stesso modo però possiamo considerare il numero di goccioline totali che cadono in un giorno o in 18 ore di luce, misurando alla sera il livello di acqua chiamandolo l'integrale giornaliero della luce in μmol/mq.giorno.

Immaginiamo che le nostre gocce siano nello spazio in assenza di gravità venendo dissipate ugualmente in tutte le direzioni con un diagramma cilindrico avente la fonte luminosa sull'asse longitudinale; risulta evidente che più lo spazio di azione è lontano dalla lampada e meno gocce vengono recepite. In Italia l'integrale giornaliero della luce proveniente dal sole è di 1-50 mol/giorno secondo la stagione e la copertura nuvolosa. Diciamo che grosso modo dovremmo cercare di ottenere circa a 30-40 mol/giorno per avere una soddisfacente fioritura.

Quanti lux per le piante?

I lux sono una unità di misura per quantificare l'intensità della luce di una lampada. Ma cosa è un lux? In breve, un lux è la luce emessa da una candela accesa, posizionata ad una distanza di un metro all'interno di uno spazio che misura 1 metro per 1 metro. Occorre sapere che le piante che desiderano la luce diretta richiedono da 25.000 a 50.000 lux, ma aumentano la loro resa e crescono di più quando i lux aumentano, cioè quando le piante si trovano alla luce solare diretta. Ricordate che la luce solare diretta è compresa tra i 32.000 e i 100.000 lux.