电气照明技术1讲解

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光的折射
• 1、光疏物质、光密物质
光在其介质中传播速度较高的为光疏物质，反 之为光
密物质。 两角之间的关系符合折射定律：
n1sini=n2sinΥ 折射定律适用于大多数材料：玻璃、透明塑料、 液体
• （2）光的透射
在透射光中，光所包含的单色成分的频率不变，但 光通量及立体角会改变。 透射比г: г=Φ г/ Φi 透射比说明物质的透光性，，材 料透 明度越高，透射比越大，同中物质，厚度越大则越小。
3.2、明视觉与暗视觉
亮度在10cd/m2 为明视觉，亮度在 10-2cd/m2为暗视觉。 实验表明：明视觉下对555纳米的黄绿光最敏感，暗视觉下对507纳米
的光最敏感。
二、常用的光度量
以能量单位评价光辐射的纯物理量称辐射度量。 以视觉效果来评价光辐射的量叫光度量。 两者有密切的关系，后者可由前者导出。 照明工程常用的光度量：光通量（Φ）、发光强度（I）
• 符号及单位：L，坎德拉/平方米 • 表达式：L θ＝ｄl /ｄAcosθ
公式表明亮度与光强或反光程度有关，也与发光面或反光面 面积有关。
例如：白色与黑色物体相比，白色亮些，因为反射程度高，和 磨砂灯比较，表面面积凹凸不平，发光面大，所以暗淡些。 下面的例子说明该单位的大小：
（1）40W荧光灯表面亮度为7000cd/m2 （2）无云晴朗天空平均亮度为5000cd/m2
• 定向透射 • 扩散透射
3、光的反射
• 光在反射时，传播方向和能量发生改变， 但所包含的单色成分的频率不会改变。
• 反射比ρ， ρ=Φρ/Φi，材料的特性如光滑程 度，颜色，透明度，光的波长入射角及偏 振状态有关。表面光滑，颜色浅，透明度 小，入射角大则反射比高。
• 定向反射
• 扩散反射
全反射
2、光谱辐射通量及其能量分 布
（1）光谱辐射通量。是指物体单位时间内 发射或接收的辐射能量。或者在介质中 单 位时间内传递的辐射能量，单位是 W。在实际工程中光源发出的都是复合 光，将其分为具有线光谱和连续光谱的 复合光。光谱辐射通量定义为：辐射源 在给定波长范围内，产生的辐射通量与 该波长范围之比，单位是W/M.
电气照明技术
主讲 衢州学院 郑秀莲
第一章 照明技术的基本知识
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
光 光与视觉 光与颜色 绿色照明
第一节 光 一、光和光谱
光是能量的一种存在形式，可以通过电磁辐射方式从一 个物体传到 另一
个物体，光的本质是一种电磁波（电磁辐射）。 从物理学角度讲，光是电 磁波谱的一部分，波长是380~780纳米.描述辐射能的理论有:（1）、微 粒论 由牛顿提出； （2）、波动论 由惠更斯提出；（3）、电磁论 由 麦克斯韦提出；（4）、 量子论 由普朗克提出；（5）、 统一论 由德 波洛格里和海申堡格提出。
照度（E）、亮度（L）。
1、光通量
• 定义：单位时间内光辐射能量的大小 （Ф）。
• 单位：流明（lm） 光通量是光源发光能力的基本量。 例如：一只220V、40W的白炽灯光通量为350流
明，而一只220V、36W、6200K的T8荧光灯 约为2500流明，说明荧光灯的发光能力比比白炽 灯强。
光通量也是根据人眼对光的感觉来评 价光
4、电致发光
• 定义：电流通过半导体等类似物质时产生的发 光现象称电致发光。电致发光不需要加热等中 间过程，直接将电能转化成光能。
• 满带、导带、禁带 （1）满带：未被激发状态下电子所具有的能量 水平。
（2）导带:被激发状态下电子具有的能量水平。 正常时电子在满带，激发时迁移到导带。 （3）禁带：电子不能在禁带滞留。
2、热辐射
当物体被加热到高温时，组成它的原子或分子 将产生热运动，相互碰撞从而使电子获得能量 而被激发，产生辐射。 （1）黑体辐射 所谓黑体就是入射的光辐射完全被吸收，没有反 射和透射的完全辐射体。因此黑体的热辐射将 只取决于温度，温度一定，其光谱能量就一定。 普朗克定律：描述的是不同温度下黑体光谱辐射 功率与波长的函数关系。这种形式的辐射就是 热辐射，黑体辐射是具有连续光谱成分的复合 辐射。
（2）钨丝辐射
钨丝辐射与黑体辐射原理相同，性能相似，能承受 2000K以上高温，在可见光区域选择辐射率较高，其 能量分布是连续光谱，与辐射温度有密切的关系。
钨丝辐射在可见光区域内的选择辐射率更高，辐射功 率的峰值偏向于可见光区，显然做光源光效更高。
钨丝辐射波长范围很大：少部分可见光，少部分紫外 线，大部分红外线，随着温度的升高可见光比红外线 增加速度更快，尽可能提高工作温度就会提高辐射光 效。
平均球面光强I=Ф/4π
光强的单位是坎德拉是国际单位制的基本单位 之一，其它光度量单位是由光强的单位推导出来的。 光强用来描述光源发出的光通量在空间给定方向的分 布情况。例如：一盏220V40W的白炽灯，其发出的
光通是350流明，裸灯泡平均光强为350/4 π=28坎
德拉，在上面罩灯罩，桌面会看起来亮些，而光通没 有变化，说明光强在空间商的分布密度发生了变化， 向下的光通增加，相应的光强提高，亮度增加。
杆状神经：数量也达到几百万个，呈扇形分布在黄斑到视网
膜边缘的整个区域内。它在夜间起作用，它们不能感知颜 色，在照度低时，它对蓝色光敏感度比锥状神经大许多倍。 因此在战争年代实行灯火管制时不用蓝色光而用红色光。
3、气体放电
• 定义：在电场的作用下，载流子在气体或蒸汽 中产生并运动，，从而使电流通过气体的过程。
原子被电离成电0.1 % ~1%。
• 气体放电分类：低气压、高气压放电。 气体放电主要是在充有气体的管中以原子辐射 形式产生光辐射的。
（1）低气压放电
黑体辐射的主要特点
• 第一，随温度升高黑体辐射总能量迅速增 加。
• 第二，随温度升高，黑体辐射曲线最大值移向 短波，具有最大辐射功率的波长与黑体温度成 反比。 实际现象是：当物体加热时颜色变化是红 黄 蓝。 当温度在2000~5000K时，黑体的辐射温度 越高，最大辐射功率的波长就移向可见光区。 黑体是不存在的，人工热辐射光源中采用的是 钨丝辐射。
源在单位时间内光辐射 能量的大小的。
例如：一只200W的白炽灯比100W的灯泡 看 起 来要明亮许多，说明200W灯泡在 单位时间内发出光的量多于100W灯泡发出 的光的量。
2、发光强度（光强）
• 定义：光源向空间某一方向辐射的光通 密度。即光源向给定方向的立体角元ｄω 内发射的光通量dΦ与该立体角之比，称 为光源在给定方向的光强。
第二节 光与视觉
• 视觉：光射入眼睛后产生的一种知觉。 视 觉取决于光依赖于光。 视觉可以使人们察觉物体的存在以及它 的运动，颜色，明亮度，形状等。
视觉过程
• 视觉的生理基础：眼睛的构造
• 巩膜：眼睛的外壳，质地坚硬，白色不透明体，使眼球
固定在某个位置，前部为透明的角膜。
• 脉络膜：由血管组成的中间衬垫，向眼球提供养分，前部是虹
（2）、辐射通量的光谱分布
定义：光源的辐射能量随波长而变化的规律。 常称为光谱能量分布，可用曲线表示。
实际测量是分成若干波长段，测量其 每一 波长段的辐射通量。一般取5~10 纳米为一个波长段。
3、光谱光效率
3.1、光谱光效率
光谱光效能是单位辐射通量产生的视觉强度。光刺激引起的视觉强度与
光能量大小有关，还与光的波长有关 。 常用光谱光效率来表示人眼的视觉灵敏度。 给定波长的光谱光效能与最大光谱光效能 Km之比表示为：V(λ)=K(λ)/Km
• 符号：I,单位：ｃｄ（坎德拉）。 • 表达式：I= ｄφ/ ｄω
立体角
• 定义：任意一个封闭的圆锥面所围的空间。 以锥的顶点为球心，半径为r的球面被锥面 截得的面积来度量。设锥面在球面上截得 的面积为dA时，则该立体角为一个单位立 体角ｄω。
• 表达式：ｄω= dA/r2
• 光强：光源发射光通量比较均匀，则各方 向光强相等，I=Ф/ω, ω=S/r2是空间立体 角单位球面度sr。
放电管内的气体一般是汞蒸气和钠蒸气，管内气体总 气压约为百分之一大气压时（气体压力较小时），产 生的气体放电就是低气压放电。
低气压时，组成气体的原子间距离较大，它们的辐射 看成是孤立原子产生的原子辐射，即线光谱。
（2）高气压放电
放电管内气体压力升高到几个大气压时，产生的放电 就是高气压放电。它包括强的线光谱成分和弱的连续 光谱成分。
• （2）满月晴朗月空下位0.2lx • （3）晴朗白天室内为100~500lx 1lx的照度能辨别物体的轮廓，5~10lx看
书模糊，短时阅读照度不应低于50lx。
4、亮度
• 定义：单位投影面积上的发光强度。某方向的发光 强度ｄl与包含被观察点的面元ｄA在垂直于观察者 方向上的投影面积ｄAcosθ之比。它是描述发光 面或反光面上光的明亮程度的光度量。它考虑光的 辐射方向。
1、光的概念
波长在380~780nm(1nm=10-9m)
的电磁波，作用于人的视觉器官能产生视 觉，这部分电磁波叫可见光。不同波长的 可见光在视觉上会形成不同的颜色，只含 一种波长成分的可见光称单色光，可见光 分成：红、橙、黄、绿、青、兰、紫等七 种单色光。紫光左边是紫外区，红光右边 是红外 区。由于它们也能够有效地转换成可见光， 而将它们一同称为光。
光的吸收
• 吸收比α ：介质吸收的光通量Φα 与入射光通
量Φi之 比，以小数或百分数表示。 α = Φα /Φi
• 非透明表面颜色深越粗糙α越大。 • 光在介质中传播的光程也就是介质的厚度越大，
介质吸收的光越多， α越大。 • 介质对光的吸收还与光入射方向和偏振状态有
关。
2、光的折射和透射
• （1）光的折射
• 电致发光的特点
在半导体中摻入少量杂质，可以产生一些特殊 的能级，即局部能级，在电场作用下各能级之 间会产生激发迁移或去激发跃迁。从而产生转 换成光能。其辐射波长取决于跃迁前后所在能 带的能量差。
由于能带复杂，电致发光可能是线光谱，带光 谱或连续光谱。
四、物质的光学特性
• 光的吸收 • 光的折射 • 光的透射 • 光的反射 • 光的偏振 • 光的衍射
• 发生的条件：光从光密射向光疏物质时 • 临界入射角A： A=arcsinn2/n1
光由水射向空气的临界入射角度是48.5 度 • Φi =Φα +Φρ+ Φ г α+ρ+ г=1
4、物质的光谱选择性
• 定义：光的波长不同，各种物质对光的吸
收比，透射比，反射比就不同，这种 现象就叫光谱选择性。
例如：当阳光照在绿叶上，它对绿色波长的
3、照度
• 定义：被照面上单位面积入射的光通量。 • 表达式：E=ｄφ/ｄA，平均照度为φ/ A • 单位：勒克斯 照度是照明工程中最常用的术语和物理量
之一，作为考察照明效果的量化指标。
为了增加对照度概念的理解举例 如下：
• （1）在40 W的白炽灯下1米远处的照 度约为30lx，家搪瓷伞形白色灯罩可增 加为70lx
膜，是一个彩色光阑，用于自动调节进入眼睛内的光量。例如： 当光线暗淡时就使瞳孔扩张。瞳孔是位于虹膜中心的小孔。
• 视网膜：位于最里面的一层，是眼睛的视觉感受部分，相当于
胶卷，由神经组织组成，包括锥状和杆状神经。锥状神经达几百 万个，在中心凹区最集中，它在昼间看物体，可辨别颜色。色盲 就是锥状神经功能失调导致。
（3）太阳的亮度达1.6×109cd/m2以上。 当太阳光达到1.6×105cd/m2人眼就感觉难受。
三、光的辐射
这里介绍的是人工光源的辐射，各种光源 产生的光辐射不同，但他们的机理是相同 的。
1、辐射的产生
产生光辐射的主要是最外层电子，在被激发迁移吸收能 量而在去激发跃迁时电子的能量随之释放，该能量就被转 化成光能自发向外辐射，形成了光的辐射。 单个原子发射的是线光谱，，而分子光谱接近连续谱线。 人工光源常用的辐射源有：热辐射、气体放电、电致发光
光，反射光通量最大，因此人们感觉 到叶子是绿色的，如果物体没有该特 性，世界将是黑白的。 我们可以用光谱吸收比，透射比，反射比来表征光谱选 择性。
• 颜色视觉
有色彩的表面对与它色彩相同波长的光 的反射能力最强，而对其他波长的光反 射能力很弱。
当与彩色表面相同波长的光照射到物体表 面时，反射光射入眼睛产生颜色视觉。