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第二篇建筑光學(xué)建筑光學(xué)基本知識(shí)天然(tiānrán)采光建筑照明精品資料序言人類(lèi)的生活時(shí)時(shí)刻刻離不開(kāi)光。光輻射引起人的視覺(jué),人才能看清他周?chē)沫h(huán)境;人從外界獲得(huòdé)的信息約有80%來(lái)自光和視覺(jué)。所以,無(wú)論是白天還是晚間,舒適的光環(huán)境對(duì)任何人都是至關(guān)重要的。精品資料一、光環(huán)境(huánjìng)光環(huán)境(Luminousenvironment)的內(nèi)涵很廣,它指的是由光(照度水平和分布,照明(zhàomíng)的形式和顏色)與顏色(色調(diào),色飽和度,室內(nèi)顏色分布,顏色顯現(xiàn))在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。精品資料二、光環(huán)境設(shè)計(jì)運(yùn)用(yùnyòng)學(xué)科光環(huán)境(huánjìng)設(shè)計(jì)要運(yùn)用很多學(xué)科的基礎(chǔ)理論,例如建筑學(xué)、物理學(xué)(包括光學(xué)、光度學(xué)、色度學(xué))、生理學(xué)、心理學(xué)、人類(lèi)工效學(xué)、美學(xué)等等。精品資料三、本課重點(diǎn)(zhòngdiǎn)本課程將著重講解有關(guān)的概念和理論,以期同學(xué)們對(duì)光環(huán)境的設(shè)計(jì)原理有正確的理解。此外,對(duì)照明設(shè)備、控光材料、照明形式、計(jì)算方法、測(cè)光技術(shù)等實(shí)用的知識(shí)和資料也將作較全面的介紹,并通過(guò)實(shí)例(shílì)分析,力求使大家掌握光環(huán)境設(shè)計(jì)的方法和技巧??紤]到建筑學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析將略去。精品資料§1-1光學(xué)基本概念§1-3材料的光學(xué)性質(zhì)第1章光學(xué)(guāngxué)基礎(chǔ)知識(shí)§1-2基本光度單位與應(yīng)用§1-4視度及其影響因素精品資料1.電磁波、廣播、可見(jiàn)光光是以電磁波形式傳播的輻射能。電磁輻射的波長(zhǎng)范圍很廣。只有波長(zhǎng)在380nm至780nm的這部分輻射才能(cáinéng)引起光視覺(jué),稱(chēng)為可見(jiàn)光(簡(jiǎn)稱(chēng)光),見(jiàn)圖7-0所示。波長(zhǎng)短于380nm的是紫外線(xiàn)、x射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、宇宙線(xiàn);長(zhǎng)于780nm的有紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波等等。1.1光學(xué)(guāngxué)基本概念1.1.1光的性質(zhì)精品資料太陽(yáng)輻射的電磁波2.太陽(yáng)光太陽(yáng)光從廣義上講是太陽(yáng)發(fā)出的電磁輻射全部光譜。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射中,以紅外線(xiàn)的能量(néngliàng)最多,占50%-70%;可見(jiàn)光比例其次,占36-40%;紫外線(xiàn)最少,只占0.1%-4%。精品資料3、眼睛(yǎnjing)與視覺(jué)人們的視覺(jué)感覺(jué)是通過(guò)眼睛來(lái)完成的,所以我們應(yīng)對(duì)眼睛的視看過(guò)程(guòchéng)有一粗略的了解。眼睛好似一個(gè)很精密的光學(xué)儀器,它在很多方面都與照相機(jī)相似。圖7-1是人的右眼剖面圖。精品資料(3)視網(wǎng)膜光線(xiàn)經(jīng)過(guò)瞳孔、水晶體在視網(wǎng)膜上聚焦成清晰的影像。視網(wǎng)膜是眼睛的視覺(jué)感受部分,類(lèi)似照相機(jī)中的膠卷。視網(wǎng)膜上布滿(mǎn)了感光細(xì)胞--錐狀和桿狀感光細(xì)胞。光線(xiàn)射到它們上面就產(chǎn)生(chǎnshēng)神經(jīng)沖動(dòng),傳輸至視神經(jīng),再傳至大腦產(chǎn)生(chǎnshēng)視覺(jué)感覺(jué)。圖1-1右眼剖面圖從圖中可看到眼睛的主要組成部分,其功能如下:(1)瞳孔虹膜中央(zhōngyāng)的圓形孔,它可根據(jù)環(huán)境的明暗程度,自動(dòng)調(diào)節(jié)其孔徑,以控制進(jìn)入眼睛的光能數(shù)量。起照相機(jī)中光圈的作用。(2)水晶體為一扁球形的彈性透明體,它受睫狀肌收縮或放松的控制,使其形狀改變,從而改變其屈光度,使遠(yuǎn)近不同的外界景物都能在視網(wǎng)膜上成清晰的影像。它起照相機(jī)的透鏡的作用,不過(guò)水晶體具有自動(dòng)聚焦功能。(4)感光細(xì)胞它們處在視網(wǎng)膜最外層上,接受光刺激,并轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動(dòng)。兩種感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布是不均勻的:錐狀細(xì)胞主要集中在視網(wǎng)膜的中央部位,稱(chēng)為“黃斑”的黃色區(qū)域。黃斑區(qū)的中心有一小凹,稱(chēng)“中央窩”;在這里錐狀細(xì)胞密度達(dá)到最大;在黃斑區(qū)以外,錐狀細(xì)胞的密度急劇下降。與此相反,在中央窩處幾乎沒(méi)有桿狀細(xì)胞,自中央窩向外,其密度迅速增加,在離中央窩20附近密度達(dá)到最大,然后又逐漸減少。感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布情況見(jiàn)圖7-2。精品資料圖1-2二中感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布(fēnbù)情況精品資料錐狀細(xì)胞對(duì)于光不甚敏感,在亮度高于3cd/m2的水平時(shí),錐狀細(xì)胞才充分發(fā)揮作用(zuòyòng),這時(shí)稱(chēng)為明視覺(jué)。錐狀細(xì)胞有辨認(rèn)細(xì)節(jié)和分辨顏色的能力,這種能力隨亮度增高而達(dá)到最大。所有的室內(nèi)照明,都是按明視覺(jué)條件設(shè)計(jì)的。

桿狀細(xì)胞對(duì)于光非常(fēicháng)敏感,但是不能分辨顏色。在暗視覺(jué)條件下,景物看起來(lái)總是模糊不清、灰茫茫一片。精品資料光射入人眼后產(chǎn)生的視覺(jué),有以下幾種;1.光覺(jué)——能夠分辨(fēnbiàn)明暗;2.色覺(jué)——能夠分辨(fēnbiàn)顏色;視覺(jué)(shìjué)3.形覺(jué)——能夠分辨物體形狀;4.動(dòng)覺(jué)——能夠分辨物體的遠(yuǎn)近深淺。

精品資料視覺(jué)形成的過(guò)程可分解為四個(gè)階段;1.光源(太陽(yáng)或燈)發(fā)出光輻射;2.外界景物(jǐngwù)在光照射下產(chǎn)生顏色、明暗和形體的差異,相當(dāng)于形成二次光源;視覺(jué)(shìjué)3.二次光源發(fā)出不同強(qiáng)度、顏色的光信號(hào)進(jìn)入人眼瞳孔,借助眼球調(diào)視,在視網(wǎng)膜上成像;4.視網(wǎng)膜上接受的光刺激(即物象)變?yōu)槊}沖信號(hào),經(jīng)視神經(jīng)傳給大腦,通過(guò)大腦的解釋、分析、判斷而產(chǎn)生視覺(jué)。

精品資料由于感光細(xì)胞的分布特點(diǎn),人眼的視覺(jué)活動(dòng)有以下特點(diǎn);1.視野:?jiǎn)窝鄣囊曇胺秶?,其水平視野以眼球?yàn)橹行模谀樀膬?nèi)側(cè)方向(fāngxiàng)為60°,在臉的外側(cè)方向(fāngxiàng)為100°;垂直視野為130°,上方為60°,下方為70°。雙眼的視野范圍為水平180°,垂直130°。雙眼同時(shí)視物體的水平視野為120°,垂直面為130°。視覺(jué)(shìjué)特征2.中央凹附近2°,稱(chēng)為中心視場(chǎng)。3.從中心視場(chǎng)往外直到30°范圍為視覺(jué)清晰區(qū)域。

精品資料圖1-3視野(shìyě)范圍精品資料明視覺(jué)(shìjué)、暗視覺(jué)(shìjué)、中間視覺(jué)(shìjué)明視覺(jué)是在明亮的環(huán)境中,主要是錐狀細(xì)胞起作用的視覺(jué)。明視覺(jué)可以(kěyǐ)辨別很小的細(xì)節(jié),此時(shí)人眼有顏色感覺(jué)。暗視覺(jué)是在黑暗環(huán)境中,主要有桿狀細(xì)胞起作用的視覺(jué)。眼睛處于明視覺(jué)和暗視覺(jué)的中間狀態(tài),錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞同時(shí)發(fā)生作用,稱(chēng)為中間視覺(jué)。明視覺(jué)暗視覺(jué)中間視覺(jué)精品資料4、光譜(guāngpǔ)光視效能人眼對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的視亮度感受性也不一樣,這是光在視覺(jué)上反映的另一特征。在明視覺(jué)狀態(tài)下,輻射功率相等的單色光看起來(lái)以波長(zhǎng)555nm的黃綠光最明亮,并且(bìngqiě)明亮程度向波長(zhǎng)短的紫光和長(zhǎng)波的紅光方向遞減。在暗視覺(jué)狀態(tài)下,最亮的光譜在507nm的藍(lán)綠光處,精品資料5、光量效應(yīng)(xiàoyìng)光量效應(yīng)指人眼感到房間照度變化值和照度水平之比,它總是(zǒnɡshì)常數(shù)。(常數(shù))6、視覺(jué)的年齡變化

隨著年齡的增長(zhǎng),水晶體的透光率降低,使得進(jìn)入人眼的光量減少,因此,老年人比青年人需要更高的照度。由于水晶體發(fā)黃,導(dǎo)致老年人色彩辨別能力下降。

精品資料7、錯(cuò)覺(jué)(cuòjué)由于記憶、經(jīng)驗(yàn)和情感的介入,有時(shí)眼睛不能知覺(jué)物體的正確(zhèngquè)形狀的現(xiàn)象,稱(chēng)為錯(cuò)視。1.1.2光的顏色1、光源色

不同波長(zhǎng)的單色輻射在視覺(jué)上反映不同的顏色。在兩個(gè)相鄰顏色范圍的過(guò)渡區(qū),人眼還能看到各種顏色的中間顏色。精品資料顏色感覺(jué)(gǎnjué)與波長(zhǎng)精品資料精品資料色光(sèguāng)的三原色:將紅、綠、藍(lán)統(tǒng)稱(chēng)(tǒngchēng)為三原色。光的混合有以下規(guī)律:

凡兩種顏色按照適當(dāng)?shù)谋壤旌夏墚a(chǎn)生白色,這兩種顏色為互補(bǔ)色。如黃和藍(lán)、紅和青等。非互補(bǔ)色的任何兩種顏色混合,可以產(chǎn)生中間色。色相取決于兩種顏色的混合比例,偏重于比重大的顏色。表現(xiàn)顏色相同的光,不管其光譜組成是否相同,在顏色相加混合中既有相同的效果。4.有幾個(gè)顏色光組成的混合色的亮度,是各種顏色光亮度的總和。精品資料2、物體(wùtǐ)色物體色是物體對(duì)光源的輻射有選擇的反射(fǎnshè)或透射,從而使人眼產(chǎn)生的顏色感覺(jué)。精品資料1、光通量()光通量是按照國(guó)際約定的人眼視覺(jué)特性評(píng)價(jià)的輻射能通量(輻射功率)。根據(jù)這一定義(dìngyì),光通量可以由輻射通量及V()函數(shù)導(dǎo)出:=Km∫e,V()dlm1.2基本光度(guāngdù)單位與應(yīng)用1.2.1光的基本單位精品資料式中:V()——明視覺(jué)光譜光視效率(查圖1-9);——光通量,lm;e,——波長(zhǎng)(bōcháng)為的單色輻射能通量,W;Km——最大光譜光視效能,lm/W。在明視覺(jué)時(shí)取683lm/W。精品資料【例1】已知低壓鈉燈發(fā)出(fāchū)波長(zhǎng)為589nm的單色光,設(shè)其輻射通量為10.3W,試計(jì)算它發(fā)出(fāchū)的光通量。【解】從光譜光效率曲線(xiàn)明視覺(jué)(實(shí)線(xiàn))中可查出,對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)589nm的V()=0.78,則該單色光源發(fā)出(fāchū)的光通量為:589=683×10.3×0.78=5487lm精品資料2、發(fā)光強(qiáng)度I

點(diǎn)光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度,是光源在這一方向上立體角元內(nèi)發(fā)射(fāshè)的光通量與該立體角元之商。符號(hào)為II=d/d發(fā)光強(qiáng)度是指光通量的空間密度(mìdù),用符號(hào)I表示。

如果在有限立體角內(nèi)傳播的光通量是均勻分布的,上式可寫(xiě)成:

I=/精品資料以任一錐體(zhuītǐ)頂點(diǎn)O為球心,任意長(zhǎng)度r為半徑作一球面,被錐體(zhuītǐ)截取的一部分球面面積為A,則此錐體(zhuītǐ)限定的立體角為:=A/r2立體角的單位是球面度(符號(hào)(fúhào)Sr)。當(dāng)A=r2,=1Sr。因?yàn)榍虻谋砻娣e為4r2,所以立體角的最大數(shù)值為4球面度。圖1-6立體角定義立體角精品資料發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉(Candela),符號(hào)(fúhào)cd。在數(shù)量上1坎德拉等于1流明每球面度(1cd=1lm/Sr)。

圖1-7發(fā)光強(qiáng)度的概念精品資料發(fā)光強(qiáng)度常用于說(shuō)明光源和照明燈具發(fā)出的光通量在空間各方向或在選定方向上的分布密度。例如,一只40瓦白熾燈泡發(fā)出30cd的發(fā)光強(qiáng)度,在裸燈泡上面裝一盞白色搪瓷平盤(pán)燈罩,燈的正下方發(fā)光強(qiáng)度能提高到70~80cd。在后一種情況(qíngkuàng)下,燈泡發(fā)出的光通量并沒(méi)有變化,只是光通量在空間的分布更為集中了。精品資料3、照度(zhàodù)照度是被照面單位面積(miànjī)的光通量,符號(hào)為E。若照射到表面一點(diǎn)面元上的光通量為d,該面元的面積(miànjī)為dA,則E=d/dA當(dāng)光通量均勻分布在被照表面A上時(shí),則此被照面的照度為:E=/A精品資料照度的單位是勒克斯,符號(hào)lx。1勒克斯等于1流明的光通量均勻分布在1平方米表面(biǎomiàn)上所產(chǎn)生的照度,即1lx=1lm/m2勒克斯是一個(gè)較小的單位,例如:夏季中午日光下,地平面上照度可達(dá)105lx;在裝有40瓦白熾燈的書(shū)寫(xiě)臺(tái)燈下看書(shū),桌面照度平均為200~300lx;月光下的照度只有幾個(gè)1x。精品資料照度可以直接相加.如果房間里有4盞燈,它們對(duì)桌面上A點(diǎn)的照度分別(fēnbié)為El、E2、E3、E4則A點(diǎn)總照度等于各個(gè)照度值之和,寫(xiě)成通用的表達(dá)式就是精品資料4、亮度(liàngdù)亮度是被反映物體的明亮(míngliàng)程度。物體的明亮(míngliàng)程度除了與物體的表面亮度有關(guān)外,還與物體所處的環(huán)境的明暗程度有關(guān)。在房間同一位置放置黑色和白色的兩個(gè)物體,雖然它們的照度相同,但在人眼中引起的視覺(jué)感覺(jué)不同,看起來(lái)白色物體亮的多。所以物體表面的照度并不能反映人眼對(duì)物體的視覺(jué)感覺(jué),精品資料應(yīng)當(dāng)注意,光亮度常常是各方向不同,所以在談到一點(diǎn)或一個(gè)(yīɡè)有限表面的光亮度時(shí)需要指明方向。發(fā)光亮度是單元表面在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度。它等于該方向上的發(fā)光強(qiáng)度與此面元在這個(gè)方向上的投影面積(miànjī)之商,以符號(hào)L表示。精品資料上面定義的光亮度是一個(gè)物理量,它與視覺(jué)上對(duì)明暗的直觀感受還有一定的區(qū)別。例如在白天和夜間看同一盞交通信號(hào)燈時(shí),感覺(jué)夜晚燈的亮度高得多。這是因?yàn)檠劬m應(yīng)了晚間相當(dāng)?shù)偷沫h(huán)境亮度的緣故。實(shí)際上,信號(hào)燈的光亮度并沒(méi)有變化。由于眼睛適應(yīng)環(huán)境亮度,物體(wùtǐ)明暗在視覺(jué)上的直觀感受就可能比它的物理光亮度高一些或低一些。精品資料我們把直觀看去一個(gè)物體表面發(fā)光的屬性稱(chēng)為“表觀(biǎoɡuān)亮度”(Brightness或Luminosity),這是一個(gè)心理量,沒(méi)有量綱。它與“光亮度”這一物理量有一定的相關(guān)關(guān)系。下圖是通過(guò)大量主觀評(píng)價(jià)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理出來(lái)的亮度感覺(jué)曲線(xiàn)。精品資料圖1-12物理亮度與表觀亮度的關(guān)系精品資料光亮度簡(jiǎn)稱(chēng)亮度。它的法定單位是坎德拉每平方米(cd/m2)。在照明工程應(yīng)用中,亮度的單位繁多,常用單位與lcd/m2的換算關(guān)系(guānxì)如下:l尼特(nt)=lcd/m2l阿熙提(asb)=1/cd/m21熙提(sb)=104cd/m2l朗伯(L)=104/cd/m2l英尺朗伯(fL)=3.426cd/m2太陽(yáng)的亮度達(dá)2×109cd/m2,白熾燈絲的亮度約為(300~500)×104cd/m2,而普通熒光燈的亮度只有(0.1~0.2)×104cd/m2。精品資料1.2.2各物理量相互(xiānghù)關(guān)系及其應(yīng)用一個(gè)點(diǎn)光源在被照面上形成的照度(zhàodù),可以從發(fā)光強(qiáng)度和照度(zhàodù)這兩個(gè)基本量之間的關(guān)系求出。

E=Iɑcosα/r2E——被照面P點(diǎn)的照度Iɑ——電光源的發(fā)光強(qiáng)度r——被照面P點(diǎn)與光源的距離α——被照面的法線(xiàn)與光線(xiàn)的夾角1.發(fā)光強(qiáng)度和照度的關(guān)系精品資料【例3】如圖所示,在繪圖(huìtú)桌上方懸掛了一個(gè)40W的白熾燈,求燈下桌面點(diǎn)1和點(diǎn)2處照度。圖7-10點(diǎn)光源在繪圖(huìtú)桌上的照度精品資料【解】設(shè)該白熾燈下方(xiàfānɡ)的發(fā)光強(qiáng)度為30cd(視為點(diǎn)光源時(shí)350÷4π=27.9cd),按式

E=Icosα/r2

E1=Icosα/r12=30×cos30o/22=6.5lxE2=Icos0o/r22=30×1/(r1cos30o)2=10lx實(shí)際光源雖然不是一個(gè)點(diǎn),但如果圓形光源的直徑小于距離的1/5,或者(huòzhě)線(xiàn)光源長(zhǎng)度小于距離的1/4,可以把他看作電光源。精品資料照度等于該發(fā)光表面的亮度與該發(fā)光表面在測(cè)點(diǎn)形成的立體角在工作面上的投影(tóuyǐng)的乘積。2.照度和亮度(liàngdù)的關(guān)系Lɑ——面光源的亮度;Ω——發(fā)光面光源在P點(diǎn)形成的立體角;A——面光源的面積;r——面光源中心與工作面測(cè)點(diǎn)的距離;ɑ——面光源中心法線(xiàn)與光源中心點(diǎn)和P點(diǎn)連線(xiàn)的夾角;θ——被照面法線(xiàn)與光源中心點(diǎn)和P點(diǎn)連線(xiàn)的夾角;Ωcosθ——發(fā)光表面在P點(diǎn)上形成的立體角在工作面上的投影角精品資料如圖所示,設(shè)A為各方向亮度(liàngdù)都相同的發(fā)光面,在它表面上取一微元面積dA。由于dA的尺寸和它距離被照面間的距離r相比,顯得很小,故可視為點(diǎn)光源。這樣,它在被照面上的P點(diǎn)處形成的照度為:dE=Iαcosθ/r2(a)圖7-14照度(zhàodù)和亮度的關(guān)系A(chǔ)dArIαcosθA2PθαAcosα以下推導(dǎo)過(guò)程不做要求精品資料由亮度和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系(guānxì)可得出:Iα=LαdAcosα(b)將式(b)代入式(a)得出:dE=Lα(dAcosαcosθ)/r2(c)式中(dAcosα)/r2是以P為頂點(diǎn),由dA所張的立體角d,故式(c)可寫(xiě)成:dE=Lαdcosθ精品資料整個(gè)發(fā)光面A在P點(diǎn)形成的照度為:E=Lαdcosθ因光源在各方向的亮度相同,則:E=Lαcosθ這就是常用的立體角投影定律。它表示某一亮度為L(zhǎng)α的發(fā)光表面(biǎomiàn)在被照面上形成的照度,是這一發(fā)光表面(biǎomiàn)的亮度Lα與該發(fā)光面在被照點(diǎn)上形成的立體角在被照面的投影(cosθ)的乘積。精品資料這一定律表明:某一發(fā)光表面在被照面上形成的照度,僅和發(fā)光表面的亮度及其在被照面上形成的立體角有關(guān),而和該發(fā)光表面面積的絕對(duì)值無(wú)關(guān)。在圖中A和Acosα的面積不同,但由于它們?cè)诒徽彰嫔闲纬傻牧Ⅲw角的投影線(xiàn)條,只要它們?cè)诒徽彰娣较虻牧炼认嗤?,那么,它們?cè)诒徽彰嫔闲纬傻恼斩染褪且粯?yīyàng)的。立體角投影定律適用于光源尺寸相對(duì)于它與被照點(diǎn)距離較大時(shí)。精品資料【例7】在側(cè)墻和屋頂上各有一個(gè)1m2的窗洞,它們與室內(nèi)桌子的相對(duì)位置(wèizhi)見(jiàn)圖,設(shè)通過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空亮度為1sb,試分別求出各窗洞在桌面上計(jì)算點(diǎn)P形成的照度(設(shè)桌面與窗臺(tái)等高)。例7圖窗洞(chuāngdòng)和計(jì)算點(diǎn)位置及尺寸精品資料【解】窗洞可視為一發(fā)光表面,其亮度等于透過(guò)窗洞看見(jiàn)的天空(tiānkōng)亮度,在本例題中天空(tiānkōng)亮度為1sb,即104cd/m2。按立體角投影定律:E=Lαcosθ按側(cè)窗和天窗分別計(jì)算出它們?cè)谟?jì)算點(diǎn)P上的照度側(cè)窗時(shí):=1×cosα/r2精品資料天窗(tiānchuāng)時(shí):精品資料【例8】已知某客廳的面積為4.4m×5.6m=24.64m2,該廳天花高為2.6m,正中裝有面積為1m×1.5m=1.5m2、亮度(liàngdù)為1×103cd/m2的槽燈,試求槽燈的正下方及四個(gè)墻角處的照度。【解】:根據(jù)題意,本題(běntí)只需求出客廳地面正中以及任意一墻角處的照度即可,其尺寸如圖所示。精品資料例8圖精品資料按立體角投影定律分別計(jì)算如下:(1)計(jì)算客廳正中點(diǎn)B的照度,該點(diǎn)離發(fā)光面中心點(diǎn)為2.6m,又由于它正對(duì)著發(fā)光面,因此(yīncǐ)α=0,θ=0,所以:精品資料(2)計(jì)算客廳墻角處點(diǎn)C的照度(zhàodù),如圖所示,該點(diǎn)到發(fā)光面中心的距離為:由于被照面(zhàomiàn)與發(fā)光面互相平行,所以α=θ(如圖所示),下面計(jì)算cosθ值:精品資料將各值代入立體角投影定律(dìnglǜ)得墻角處的照度Ec為:精品資料本例計(jì)算結(jié)果表明,地面正中點(diǎn)的照度與墻角的照度相差7倍多,就造成正中點(diǎn)的照度很高(222lx)而墻角的照度又很低(27lx),這是很不合理的。這里說(shuō)明照明設(shè)計(jì)中的一個(gè)很重要的問(wèn)題,就是(jiùshì)進(jìn)行大房間的工作照明設(shè)計(jì)時(shí)必須合理增加燈數(shù),從而使房間各處的照度保持均勻否則就是(jiùshì)一個(gè)不好的工作照明設(shè)計(jì)。精品資料1.3材料(cáiliào)的光學(xué)性質(zhì)借助于材料表面反射的光或材料本身透過(guò)的光,人眼(rényǎn)才能看見(jiàn)周?chē)h(huán)境中的人和物。也可以說(shuō),光環(huán)境就是由各種反射與透射光的材料構(gòu)成的。光在均勻介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播,它在空氣中的傳播速度接近3×108米/秒(30萬(wàn)公里/秒)。精品資料光在介質(zhì)(jièzhì)中的傳播光在傳播過(guò)程中遇到新的介質(zhì)時(shí),會(huì)發(fā)生反射、透射與吸收現(xiàn)象。一部分光通量被介質(zhì)表面反射ρ,一部分透過(guò)介質(zhì)τ。余下(yúxià)的一部分則被介質(zhì)吸收α,根據(jù)能量守恒定律,入射光通量()應(yīng)等于上述三部分光通量之和:=ρ+τ+α精品資料圖1-15光的反射(fǎnshè)、透射和吸收精品資料反射系數(shù)透射系數(shù)吸收系數(shù)將反射光通量與入射光通量之商,定義為反射比(反射系數(shù)),以表示:=/透射(tòushè)光通量與入射光通量之商,定義為透射(tòushè)比(透射(tòushè)系數(shù)),以τ表示:τ=τ/被吸收的光通量與入射光通量之商,定義為吸收比(吸收系數(shù)),以表示:=/+τ+=1精品資料1、反射(fǎnshè)材料反射光的分布(fēnbù)形式有定向反射與擴(kuò)散反射兩大類(lèi)。擴(kuò)散反射又可細(xì)分為定向擴(kuò)散反射、漫反射、混合反射等。1.定向反射2.定向擴(kuò)散反射3.漫反射4、混合反射精品資料1.定向(dìnɡxiànɡ)反射定向反射也叫鏡面反射,其特征是光線(xiàn)經(jīng)過(guò)反射之后仍按一定的方向傳播,立體角沒(méi)有變化。規(guī)則反射的規(guī)律為:①入射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)以及反射表面的法線(xiàn)(fǎxiàn)同處于一個(gè)平面內(nèi);②入射光與反射光分居法線(xiàn)(fǎxiàn)兩側(cè),入射角等于反射角(圖7-16)。精品資料2、定向(dìnɡxiànɡ)擴(kuò)散反射擴(kuò)散反射保留(bǎoliú)了定向反射的某些特性,即在產(chǎn)生規(guī)則反射的方向上,反射光最強(qiáng),但是反射光束被“擴(kuò)散”到較寬的范圍(圖7-16b),精品資料圖7-16反射光的分布型式

a-定向(dìnɡxiànɡ)反射;b-定向(dìnɡxiànɡ)擴(kuò)散反射;

c-混合反射;d-均勻漫反射精品資料3、漫反射漫反射的特點(diǎn)是反射光的分布與入射光方向無(wú)關(guān),在宏觀(hóngguān)上沒(méi)有規(guī)則反射,反射光不規(guī)則地分布在所有方向上。(圖7-16c)。精品資料若反射光的光強(qiáng)分布與入射光的方向無(wú)關(guān),而且正好是切于入射光線(xiàn)與反射表面交點(diǎn)的一個(gè)圓球,這種漫反射稱(chēng)為均勻漫反射(圖7-17)。其反射光的最大發(fā)光強(qiáng)度在垂直于表面的法線(xiàn)(fǎxiàn)方向,其余方向的光強(qiáng)同最大光強(qiáng)有以下關(guān)系:Iθ=IN·cosθ漫反射材料表面(biǎomiàn)亮度的簡(jiǎn)易式:精品資料4、混合(hùnhé)反射多數(shù)的材料表面兼有規(guī)則反射(fǎnshè)和漫反射(fǎnshè)的特性,這稱(chēng)為混合反射(fǎnshè)。精品資料光線(xiàn)通過(guò)介質(zhì)(jièzhì),這種現(xiàn)象稱(chēng)為透射。材料的透光性能不僅取決于它的分子結(jié)構(gòu),還同它的厚度有關(guān)。非常厚的玻璃或水將是不透明的,而一張極薄的金屬膜或許是透光的,至少可以是半透光的。材料透光性還與光的入射方向有關(guān)。二、透射(tòushè)精品資料材料透射光的分布型式也可分為規(guī)則透射、定向擴(kuò)散透射、漫透射和混合透射四種(見(jiàn)圖7-18)。透明材料屬于(shǔyú)規(guī)則透射,在入射光的背側(cè),光源與物象清晰可見(jiàn)。磨砂玻璃為典型的定向擴(kuò)散透射,在背光的一側(cè)僅能看見(jiàn)光源模糊的影象。精品資料乳白玻璃具有均勻漫透射的特性,整個(gè)透光面亮度均勻,完全看不見(jiàn)背側(cè)的光源和物象,在透明玻璃上均勻地噴一層薄的白漆,其透光性能則近于(jìnyú)混合透射。如將白熾燈放在這種玻璃的一側(cè),由另一側(cè)看去,漫透射形成的表面亮度相當(dāng)均勻,同時(shí)燈絲的象也歷歷在目。其余方向(fāngxiàng)的光強(qiáng)同最大光強(qiáng)有以下關(guān)系:Iθ=IN·cosθ漫反射材料表面亮度的簡(jiǎn)易式:精品資料圖7-18透射光的分布a-規(guī)則透射;b-定向擴(kuò)散透射;c-漫透射;d

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