建筑物理复习(建筑光)

第七章 建筑光学基本知识

1、 基本光度单位

①光通量:光源在单位时间内发射出得以人眼感觉为基准得能量。

光通量Φ由下式计算:

d ()

V()d d e m K λλλλ∞

ΦΦ=⎰

(7-1) 式中,Φ——光通量,单位为流明(lm);

d ()

d e λλΦ——辐射通量得光谱分布(W);

V()λ——光谱光视效率,可由图7-4或附表1中得y()λ查出。 m K ——最大光谱光视效能,在明视觉时为683 lm/W 。

计算时,光通量通常采用下式得到:

e,V()

m K λλΦ=Φ∑ (7-2)

式中,,e λΦ——波长为λ得辐射通量(W)。 单位: 光瓦或流明(lm) 1光瓦= 683 lm

②发光强度:空间中得光得分布状况,就就是光通量得空间密度,常用符号I α来表示。

单位为坎德拉,符号为cd 。 立体角:2

A cos d d r

α

Ω= 光源在给定方向上得发光强度就是该光源在该方向得立体角元d Ω内传输得光通量d Φ除以该立体角之商,发光强度得符号为I α。

点光源在某方向上得立体角元d Ω内发出得光通量为d Φ时,则该方向上得发光强度为:

d I d αΦ

=

Ω

当角α方向上得光通量Φ均匀分布在立体角Ω内时,则该方向得发光强度为:

I αΦ

=

Ω

(7-4) ③照度: 对于被照面而言,常用落在其单位面积上得光通量多少来衡量它被照射得程度,

这就就是照度。符号为E 。它表示被照面上光通量得密度。

表面上一点照度就是入射在包含该点面元上得光通量d Φ除以该面元面积A d 之商,即:

A

d E d Φ

= 当光通量Φ均匀分布在被照表面A 上时,则此被照面各点得照度均为

A

E Φ

= (7-5)

照度单位为勒克斯,符号为lx,等于1 lm 得光通量均匀分布在1m 2

得被照面上。 ④发光强度与照度得关系:

1.点光源垂直入射到被照表面。如左图,根据A E Φ=、I αΦ=Ω与2A

r Ω=可得:

2

A I I E r

ααΩ== (7-6) 上式表明,某表面得照度E 与点光源在这方向得发光强度I α成正比,与距光源得距离r 得平方成

反比。此为计算点光源照度得基本公式,称为距离平方反比定律。

2.点光源入射角为i (光源射线与被照面法线所成角)。如右图,根据1122A E A E Φ==、12cos A A i =

得: 21cos E E i =

即: 2

cos I E i r α

=

(7-7) 它表示:表面法线与入射光线成i 角处得照度,与它至点光源得距离平方成反比,与光源在i 方向得发光强度与入射角i 得余弦成正比。

⑤亮度: 发光体在视线方向上单位投影面积上得发光强度。

其符号为L ,计算公式为:

2Acos d L d d α

Φ

=Ω

式中,2

d Φ——由给定点处得束元A d 传输得并包含给定方向立体角元d Ω内传播得光通量; A d ——包含给定点处得射束截面积; α——射束截面法线与射束方向间得夹角。

当角α方向上射束截面A 得发光强度I α均相等时,角α方向得亮度为:

A cos I L α

αα=

(7-8) 亮度得常用单位为坎德拉每平方米(cd ／m 2

),它等于1平方米表面上,沿法线方向(α＝0°)发

出1坎德拉得发光强度。另一单位为熙提(sb),1sd=104

cd ／m

2

⑥照度与亮度得关系:

如右图,设1A 为各方向亮度都相同得发光面,2A 为被照面。在1A 上取一微元面积1A d ,由于其尺寸与它距离被照面间得距离r 相比很小,故可视为点光源。微元发光面积dA 1射向O 点得发光强度为dI α,则其在2

A 上得O 点形成得照度为:2cos dI dE i r

α

= (1)

对微元发光面积1A d 而言,根据亮度与光强得关系7-8式得:1A cos dI L d ααα= (2)

由1、2式得: 12

A cos cos d dE L i r

αα

= (3) 又因为12

A cos d r α为微元面1A d 对O 点所张开得立体角d Ω,故有cos dE L d i α=Ω

整个发光面在O 点形成得照度为:cos E L d i αΩ

=Ω⎰

因光源在各方向得亮度相同,则

cos E L i α=Ω (7-9)

这就就是立体角投影定律。它表示某一亮度为L α得发光面在被照面上形成得照度值得大小,等于这一发光面得亮度L α与该发光面在被照射点上形成得立体角Ω得投影(cos i Ω)得乘积。

2、 材料得光学性质

①光得反射、吸收与透射 ②光得规则反射与透射 ③扩散反射与透射

漫射材料表面得亮度可有下列公式计算:

对于漫反射材料:E L ρ

π⨯=

cd/m 2

对于漫透射材料:E L τπ

⨯= cd/m

2

漫射材料得最大发光强度在表面得法线方向,其她方向得发光强度与法线方向得值有如下关系: 0cos i I I i =

i 为表面法线与某一方向间得夹角,这一关系式称为“郎伯余弦定律”

。 3、可见度及其影响因素

①可见度:就就是人眼辨认物体存在或形状得难易程度,故以前又将其称为视度。

室内应用时,以标准观察条件下恰可感知得标准视标得对比或大小定义。 室外应用时,以人眼恰可瞧到标准目标得距离定义,故常称为能见度。 ②影响可见度得因素:

亮度、大小(物件得相对尺寸)、亮度对比、识别时间与眩光等。

4、颜色

①颜色形成

光源色:由光源发出得色刺激。

物体色:被感知为物体所具有得颜色。它就是由光被物体反射或透射后形成得。

①分类与属性

无彩色:在知觉意义上就是指无色调得知觉色,由从白到黑一系列中性灰色组成。

有彩色:在感知意义上就是指所感知得颜色具有色调,它由除无彩色以外得各种颜色组成。

任何一种有彩色得表观颜色,均可按照三种独立得属性分别加以描述:色调(色相)、明度、彩度。

①色调:就是各彩色彼此相互区分得视感觉特性。各种单色光在白色背景上呈现得颜色。

可见光谱不同波长得辐射,在视觉上表现为各种色调。

②明度:就是颜色相对明暗得视感觉特性。

彩色光得亮度愈高,人眼愈感觉明亮,它得明度就愈高。 无彩色只有明度这一个颜色属性得差别。

③彩度:就是彩色得纯洁性。可见光谱得各种单色光彩度最高。

③颜色混合

色度学中将 红(700nm)、绿(546、1nm)、蓝(435、8nm)称为加色法三原色。 青色(减红)、品红色(减绿)、黄色(减蓝)为减法三原色。

5、颜色定量

①CIE 1931 标准色度系统

这一系统得特点就是用严格得数学方法来计算与规定颜色。使用这一系统,任何一种颜色都能用两个色坐标在色度图上表示出来。

②孟塞尔表色系统

孟塞尔(A ·H ·Munsell)创立得表色系统按颜色得三个基本属性:色调(符号H),明度(V)与彩度(C)对颜色进行分类与标定.它就是目前国际通用得物体色表色系统。

③光源得显色性

定义:就就是照明光源对物体色表(色表——与色刺激与材料质地有关得颜色得主观表现)得影响(该影响就

是由于观察者有意识或无意识地将它与标准光源下得色表相比较而产生得),它表示与参考标准光源相比较时,光源显现物体颜色得特性。

光源色显色性采用显色指数来度量。