建筑物理_光学篇

建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE1建筑物理（2-2）光学篇主讲人:王凌旭班级:建筑学11-1、2时间：2013年9月建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE2基本情况三周，12学时，建筑实验课一次；建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE3为啥学？1.建筑设计息息相关。2.建筑技术的一部分，属于学科交叉的部分，大片未知领域，值得深入研究。3.注册考试的必考内容。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE4里伯斯金犹太人博物馆建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE5建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE6建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE7建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE8建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE9巴拉干热情的色彩美化的墨西哥建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE10水立方科技与建筑的结合人工光线的应用建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE11北京奥运会柔道馆光的可持续利用理念建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE12建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE13怎么学？兴趣观察应用建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE14课程考核考试成绩平时成绩建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE15321主要内容建筑光学基本知识天然采光建筑照明4建筑光学小专题5光学实验建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE161.1光的本质1.2人的眼睛与视觉1.3光的度量单位和应用1.4材料的光学性质第一部分建筑光学基础知识建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE17第一部分光学基础知识光的本质是一种电磁波。波长在380nm-780nm之间的电磁波能够引起人们的视觉，所以我们称这个范围之内的电磁波叫光。1.1光的基本知识紫蓝青绿黄橙红紫蓝青绿黄橙红760630600570500450430400（nm）波长颜色频率3.94.85.05.36.06.77.07.5（×1014）表1-1波长及对应的颜色建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE18第一部分光学基础知识人类90%以上的外界信息是由眼睛通过接收外界光线获得的。1.2人的眼睛与视觉建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE19第一部分光学基础知识1.2.1人眼的基本构造瞳孔水晶体视网膜感光细胞1.2人的眼睛与视觉建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE20第一部分光学基础知识1.2.1人眼的基本构造瞳孔：根据环境明暗程度，自动调节孔径。水晶体：具有自动聚焦功能，使外界景物都能在视网膜上成像。视网膜：视觉感受部分，布满感光细胞，影像在此形成。感光细胞：接收光刺激，转换为神经冲动，分为锥状细胞、杆状细胞。1.2人的眼睛与视觉光圈透镜胶片建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE21第一部分光学基础知识1.2.1人眼的基本构造锥状细胞☆：分布在视网膜中央部位，称黄斑区域；中央窝锥状细胞的密度最大；在明环境中起作用-色觉、敏锐度；对环境的明暗变化反映迅速，暗环境不起作用。杆状细胞☆：分布在中央以外的区域；在暗环境中起决定作用；只有明暗感觉，没有色感觉和细部感觉；对环境的明暗感觉变化，反映缓慢。1.2人的眼睛与视觉建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE22建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE23第一部分光学基础知识1.2.1人眼的基本构造1.2.2人眼的视觉特点颜色感觉光谱光视效率☆视野范围明暗视觉1.2人的眼睛与视觉人眼在光看同样功率的可见辐射时，对于不同的波长感觉到的明亮程度不同。光谱光视效率，就是用来表示人眼睛对可见光的明亮程度的一组数值。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE24555nmV(λ)=φm/φ光谱光视效率表示在特定的光度条件下，获得相同视觉感觉时，两个单色辐射通量之比。Φm，表示视感觉最大的单色光的辐射通量。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE25第一部分光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点颜色感觉光谱光视效率☆视野范围明暗视觉1.1人的眼睛与视觉受到眼睛结构以及在面部位置的影响，眼睛的视看范围是有局限的。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE26第一部分光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点颜色感觉光谱光视效率☆视野范围明暗视觉1.1人的眼睛与视觉人双眼不动的视觉范围：水平180°，垂直130°，上方60°，下方70°。遮挡区域单眼视看最大范围双眼共同视看范围视觉清楚区域中心视场，黄斑对应区域，几乎没有杆状细胞建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE27第一部分光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点颜色感觉光谱光视效率☆视野范围明暗视觉1.1人的眼睛与视觉视野范围在建筑设计中的应用电影院观影厅设计建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE28第一部分光学基础知识1.1.1光的范围1.1.2人眼的基本构造1.1.3人眼的视觉特点颜色感觉光谱光视效率☆视野范围明暗视觉1.1人的眼睛与视觉在明环境中形成的视觉感觉，形成明视觉；在暗环境中形成的视觉感觉，形成暗视觉；明视觉暗视觉只有明暗感觉无颜色感觉，无法辨认物体细节；辨认物体细节，具有颜色感觉，对外界变化的适应能力强；锥状细胞杆状细胞建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE29课堂视觉实验：盯住中心的黑点不动，注意两侧颜色的变化的情况，并解释原因。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE30课下思考：解释如下光学视觉现象。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE311.1人的眼睛与视觉1.2光的度量单位以及相互关系1.3材料的光学性质1.4视度及其影响因素第一部分建筑光学基础知识建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE32第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位光通量Φ发光强度Ι照度Ε亮度L☆☆☆☆建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE33第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位光通量：表示光源发出光能的多少，是光源的一个基本参数。它的前提是人眼对光的感觉量为基准。用符号φ表示，单位：流明（lm）单色光Φ=Km*Φe,λ*VλΦe，λ波长为λ的单色辐射光通量，W；Vλ可见光光谱光视效率,描述人眼对不同波长单色光的视亮度感受性的差异；Km最大光谱光视效能,在明视觉时，Km为683lm/w。例题：已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射量为10.3w，试计算出它发出的光通量。解建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE34第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系589nm0.78例题：已知低压钠灯发出波长为589nm的单色光，设其辐射量为10.3w，试计算出它发出的光通量。Φ=683×10.3×V589=683×10.3×0.78=5487lm建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE35第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位光通量复色光Φ=Km∫Φe,λiV(λi)或者Φ=Km∫Φe,λV(λ)dλ紫蓝青绿黄橙红紫蓝青绿黄橙红760630600570500450430400（nm）波长颜色频率3.94.85.05.36.06.77.07.5（×1014）表1-1波长及对应的颜色建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE36建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE37第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位发光强度：描述光通量在空间的分布密度，又叫光强。用符号Ι表示，单位：坎德拉，（cd）Ι=Φ/ΩΙ=dΦ/dΩ40w白炽灯正下方的光强是30cd，若加灯罩73cd。？立体角Ω=Α/r2建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE38第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE39建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE40第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位照度：描述单位面积上光通量的多少。用符号Ε表示，单位：勒克斯，（lx）Ε=dΦ/dΑΕ=Φ/Α1lx=1lm/m2英尺烛光fc1fc即等于1流明的光通量均匀分布在1平方英尺的表面建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE41第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位发光强度与照度之间的关系照度：Ε=Φ/Α发光强度：Ι=Φ/ΩΙ=Φ/A/r2=Φr2/A=E*r2所以，E=Ι/r2照度与点光源在这方向的发光强度成正比，与光源的距离平方成反比。A1=A2/cosa所以E=Icosa/r2建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE42第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位发光强度与照度之间的关系E=Ι/r2问题：前面已经知道40w白炽灯正下方的光强是30cd，其正下方1米处的照度是多少lx？建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE43第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位亮度：发光体在视线方向上，单位投影面积发出的发光强度。物体在视线方向上的发光强度越大，投影面积越小，就感到它越亮，即亮度越大。用符号L表示，单位：熙提，sbLα=Ια/Acosα太阳亮度20万sb，蓝天0.2~2.0sb，白炽灯灯丝亮度300~500sb。建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE44第一部分光学基础知识1.2光的度量单位以及相互关系1.2.1基本光度单位亮度与照度的关系E=Ιαcosθ/r2Lα=Ια/AcosαE=Lα(Acosαcosθ)/r2所以E=LαΩcosθ建筑学11-1、22013-09JIANZHUWULI-GUANGXUE451.2.2基本光度单位比较1.2光的度量单位以及相互关系