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建筑光学 基础知识
浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 1 1 第四章第四章 建筑光学基础知识建筑光学基础知识 光是一种电磁辐射能,是能量的一种形式。光是一种电磁辐射能,是能量的一种形式。可见光的波长范围:可见光的波长范围:380nm780nm。波长波长 780nm的电磁波是红外线、微波、无线电波等。的电磁波是红外线、微波、无线电波等。波长波长 r(面光源面光源)。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3131 【例【例3-4】如图所示,在侧墙上有一个如图所示,在侧墙上有一个1m1m的窗洞,设的窗洞,设通过窗洞看见的天空的亮度为通过窗洞看见的天空的亮度为1sb,试求窗洞在图示桌面上计,试求窗洞在图示桌面上计算点算点P形成的照度。形成的照度。(设桌面与侧窗窗台等高设桌面与侧窗窗台等高)。2m 1m P O 解:解:立体角投影定律为立体角投影定律为 cosLE 其中其中 2cosrA h s r 3rAs rh cos 因此窗洞在桌面上计算点因此窗洞在桌面上计算点P形成的形成的照度为照度为 4rAshLE )lx(554 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3232 4.2 基本光度单位及应用基本光度单位及应用复习:复习:一、光量一、光量 1.光通量:光通量:)(,em VKlm(流明)(流明)2.发光强度:发光强度:Idd I cd(坎德拉)(坎德拉)3.照度:照度:AEdd AE lx(勒克斯)(勒克斯)4.亮度:亮度:cosAIL cd/m2(坎德拉(坎德拉/平方米)平方米)浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3333 二、两个定律二、两个定律 1.余弦定律:余弦定律:cos2rIE 2.立体角投影定律:立体角投影定律:cosLE 4.2作业:作业:P72.3-1 P72.3-2 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3434 4 4-3 3 材料的光学性质材料的光学性质 本节要点:本节要点:1.规则反射和透射;规则反射和透射;2.扩散反射和透射:扩散反射和透射:漫反射和漫透射;漫反射和漫透射;混合反射和透射。混合反射和透射。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3535 材料的光学性质:材料的光学性质:光与材料发生相互作用时所表现出来的特光与材料发生相互作用时所表现出来的特有现象。有现象。一、光的反射、透射和吸收一、光的反射、透射和吸收 入射光通量入射光通量 r 反射光通量反射光通量 吸收光通量吸收光通量 透射光通量透射光通量 r 光反射比(反光系数):光反射比(反光系数):rr/石膏:石膏:r=0.91 白乳胶漆表面:白乳胶漆表面:r=0.81 水泥砂浆抹面:水泥砂浆抹面:r=0.32 白色抛光铝板:白色抛光铝板:r=0.87 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3636 入射光通量入射光通量 r 反射光通量反射光通量 吸收光通量吸收光通量 透射光通量透射光通量 光吸收比(吸收系数):光吸收比(吸收系数):/光透射比(透射系数):光透射比(透射系数):/3mm厚普通玻璃:厚普通玻璃:=0.82 3mm厚磨砂玻璃:厚磨砂玻璃:=0.60 1mm厚乳白玻璃:厚乳白玻璃:=0.60 2mm厚无色有机玻璃:厚无色有机玻璃:=0.85 1 r 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3737 二、光的反射二、光的反射 反射光的分布形式反射光的分布形式包括包括定向反射定向反射、定向扩散反射定向扩散反射、均匀扩均匀扩散反射散反射、混合扩散反射混合扩散反射等。等。1.定向反射定向反射 定向反射(镜面反射)的特点定向反射(镜面反射)的特点:反射光按一定方向传播,反射光按一定方向传播,立体角不变;立体角不变;遵循反射定律;遵循反射定律;在反射方向可以清晰看见在反射方向可以清晰看见光源的像。光源的像。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3838 镜面反射的应用镜面反射的应用:引导直射阳光入室;引导直射阳光入室;精确控光(如精确控光(如反光罩)。反光罩)。反射光源的亮度与光源的亮度的关系反射光源的亮度与光源的亮度的关系:rLLr 反射光的强度与入射光的强度的关系反射光的强度与入射光的强度的关系:rIIr 有时也要避免受镜面反射。有时也要避免受镜面反射。2.定向扩散反射定向扩散反射 定向扩散反射的特点定向扩散反射的特点:入射光线不均匀入射光线不均匀地向某空间反射;地向某空间反射;在定向反射方向具有最在定向反射方向具有最大的强度;大的强度;在反射方向可以模糊地看到光在反射方向可以模糊地看到光源的像。源的像。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 3939 典型材料:典型材料:经冲沙、酸洗、锤点处理的毛糙金属表面,光滑经冲沙、酸洗、锤点处理的毛糙金属表面,光滑的纸张,油漆表面等。的纸张,油漆表面等。3.均匀扩散反射(漫反射)均匀扩散反射(漫反射)均匀扩散反射的特点均匀扩散反射的特点:入射光线均匀地向四面八方反射;入射光线均匀地向四面八方反射;表面亮度均匀;表面亮度均匀;看不见光源的像。看不见光源的像。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4040 I0 i Ii 漫射材料的最大发光强度在表面的法线方向漫射材料的最大发光强度在表面的法线方向 iIIicos0 朗伯余弦定律:朗伯余弦定律:经过均匀扩散后的亮度为经过均匀扩散后的亮度为 rEL 典型材料:典型材料:多数无光泽饰面材料(如:涂料、乳胶漆、石膏多数无光泽饰面材料(如:涂料、乳胶漆、石膏板、砖石墙等)。板、砖石墙等)。其他方向的发光强度为其他方向的发光强度为 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4141 4.混合反射混合反射 典型材料:典型材料:光亮的搪瓷表面等。光亮的搪瓷表面等。油漆桌面材料的光效果油漆桌面材料的光效果 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4242 三、光的透射三、光的透射 透射光的分布形式透射光的分布形式包括包括规则透射规则透射、定向扩散透射定向扩散透射、均匀漫均匀漫透射透射、混合透射混合透射等。等。1.规则透射(或定向透射)规则透射(或定向透射)规则透射的特点规则透射的特点:透射光线与入射光线平行;透射光线与入射光线平行;透射光线、透射光线、入射光线与法线在一个平面内;入射光线与法线在一个平面内;在透射方向可以清晰看见光在透射方向可以清晰看见光源的像。源的像。透明玻璃窗的采光效果透明玻璃窗的采光效果 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4343 透射光源的亮度与光源的亮度的关系透射光源的亮度与光源的亮度的关系:LL 透射光的强度与入射光的强度的关系透射光的强度与入射光的强度的关系:II 规则透射的应用规则透射的应用:利用透镜控制亮度或定向光线。:利用透镜控制亮度或定向光线。2.定向扩散透射定向扩散透射 定向扩散透射的特点定向扩散透射的特点:入射光线不均匀地向某空间透射;入射光线不均匀地向某空间透射;在定向透射方向具有最大的强度;在定向透射方向具有最大的强度;在透射方向可以模糊在透射方向可以模糊地看到光源的像。地看到光源的像。磨砂玻璃窗的采光效果磨砂玻璃窗的采光效果 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4444 3.均匀漫透射均匀漫透射 均匀漫透射的特点均匀漫透射的特点:入射光线均匀地入射光线均匀地向四面八方透射;向四面八方透射;表面亮度均匀;表面亮度均匀;看看不见光源的像。不见光源的像。I0 i Ii iIIicos0 典型材料:典型材料:乳白玻璃。乳白玻璃。经过均匀扩散透射后,各个方向所看到的亮度相同,但透射经过均匀扩散透射后,各个方向所看到的亮度相同,但透射后亮度有所降低,计算公式为后亮度有所降低,计算公式为 EL 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4545 4.混合透射混合透射 典型材料:典型材料:玻璃表面喷白漆等。玻璃表面喷白漆等。混合反射和混合混合反射和混合透射的光强分布透射的光强分布 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4646 4.3 材料的光学性质材料的光学性质复习:复习:1.朗伯余弦定律:朗伯余弦定律:iIIicos0 2.材料的光学性质材料的光学性质 规则反射和透射特点规则反射和透射特点 rLLr LL 漫反射和透射特点漫反射和透射特点 rEL EL 4.3作业:作业:P73.3-3 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4747 4 4-4 4 可见度及其影响因素可见度及其影响因素 本节要点:本节要点:1.可见度重要影响因素:亮度、视角、亮度对比、可见度重要影响因素:亮度、视角、亮度对比、识别时间和眩光;识别时间和眩光;2.减轻直接眩光和反射眩光影响程度的方法。减轻直接眩光和反射眩光影响程度的方法。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4848 可见度可见度(视度视度):人眼辨认物体存在或形状的难易程度。人眼辨认物体存在或形状的难易程度。在在室内室内应用时,以标准观察条件下恰可感知的标准视标的应用时,以标准观察条件下恰可感知的标准视标的对比或大小定义。对比或大小定义。在在室外室外应用时,以人眼恰可看到标准目标的距离定义,这应用时,以人眼恰可看到标准目标的距离定义,这使得称为使得称为能见度能见度。可见度的意义:可见度的意义:表示人眼看物体的清楚程度。表示人眼看物体的清楚程度。影响可见度的五个重要因素:影响可见度的五个重要因素:能够被看见的物体要有一定的能够被看见的物体要有一定的亮度亮度、大小大小和和亮度对比亮度对比,识别识别时间时间和和眩光眩光也会影响这种看清楚程度。也会影响这种看清楚程度。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 4949 1.亮度亮度 最低亮度阈:最低亮度阈:人眼能看见的最低亮度,人眼能看见的最低亮度,10-5asb。亮度愈大,人眼看得愈清楚,即可见度增大。亮度愈大,人眼看得愈清楚,即可见度增大。人们感到“满意”的照度值人们感到“满意”的照度值 随着照度的增加,感到随着照度的增加,感到“满意”的人数比例增加,“满意”的人数比例增加,最大百分比约在最大百分比约在1500 3000 lx之间。照度超过此之间。照度超过此数值,对照明“满意”的数值,对照明“满意”的人反而减少,即照度(或人反而减少,即照度(或亮度)要适量。亮度)要适量。浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 5050 2.视角视角 视角:视角:识别对象对人眼所形成的张角,单位为弧度。识别对象对人眼所形成的张角,单位为弧度。视角越大看得越清楚,即可见度越高。视角越大看得越清楚,即可见度越高。)(3440分分ld 浙江理工大学理学院物理系 制作:制作:石永锋 浙江理工大学科学与艺术学院 制作:制作:石永锋 5151 3.亮度对比亮度对比 亮度对比:亮度对比:观看对象和其背景之间的亮度差异。观看对象和其背景之间的亮度

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