建筑物理 光学

建筑物理BUILDINGPHYSICS建筑光学2.1章建筑光学基本知识一、眼睛与视觉二、基本光度单位和应用三、材料的光学性质四、可见度及其影响因素光是一种电磁辐射。任何能发光的物体均称为光源。如太阳、白炽灯、日光灯等。建筑光学中讨论的光通常为可见光。波长范围为：380nm～780nm。波长不同，光色也不同。波长780nm：红外光，有很好的热效应；波长380nm：紫外光，有极强的杀菌消毒能力。电磁波分类:0.8-600μm：红外线，产生热效应0.4-4μm：热射线，热效应显著建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS一、眼睛与视觉·眼睛与视觉视觉是由进入人眼的辐射所产生的光感而获得的对外界的认识。视觉只能通过眼睛来完成。瞳孔：调节通光量——光圈水晶体：调节对焦——自动聚焦视网膜：清晰成像，将光信息传输给大脑——底片感光细胞：椎体细胞、杆体细胞·人眼的视觉特点①视看范围（视野）双眼不动的视野范围为：水平面180°；垂直面130°，上方为60°，下方为70°中心视野：黄斑区，约2°视觉清楚区域：中心视野往外30°·处于放松姿态，坐着的人的视野示意图观看展品：在离展品高度的2-1.5倍距离处，使展品处于视觉清楚区域。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·眼睛与视觉·人眼的视觉特点②明暗视觉一、眼睛与视觉建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·眼睛与视觉·人眼的视觉特点②明暗视觉明视觉锥体细胞·辨认细节·颜色感觉·对外界亮度适应能力强暗视觉杆体细胞·只有明暗、无颜色感觉·无法辨别细节·对外部变化适应能力低中间视觉一、眼睛与视觉·人眼的视觉特点③光谱光效率人眼观看同样功率的辐射，在不同波长时感觉到的明暗程度不一样。光谱光视效率曲线λm：明视觉555nm，暗视觉507nm普尔金耶效应：在不同光亮条件下人眼感受性不同的现象建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS一、眼睛与视觉·眼睛与视觉·人眼的视觉特点④颜色感觉不同波长的光在视觉上形成不同的颜色波长长——暖色；波长短——冷色。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位A.光通量定义：人眼对光的感觉量用Ф表示，其大小等于辐射通量与光效率的乘积，单位为流明（lm）两灯辐射通量均为1W，这时对人的感觉是不一样的。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位A.光通量定义：人眼对光的感觉量用Ф表示，其大小等于辐射通量与光效率的乘积，单位为流明（lm）Km=683lm/W辐射通量10.3WV（λ）查光效率曲线建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位B.发光强度只知道光源发出的光通量还不够，还需要了解它在空间中的分布状况。不用灯罩时，40W白炽灯在其正下方的发光强度为30cd，采用灯罩后，变为73cd。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位B.发光强度定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量，用I表示，I=Φ/Ω。单位为坎德拉，符号cd，表示1球面度立体角内均匀发出1lm的光通量，1cd=1lm/1sr建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位C.照度定义：被照面（工作面）上单位面积的光通量，其实质为光通量密度，用E表示。单位为勒克斯，符号lx，表示1流明的光通量均匀分布在1平方米的被照面上，1lx=1lm/1㎡·40W白炽灯下1m处的照度约为30lx；加一搪瓷伞形罩后增加到73lx；·阴天中午室外照度8000-20000lx；晴天中在阳光下的室外照度高达80000-120000lxAE照度计建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·基本光度单位·发光强度与照度的关系①点光源在被照面上形成的照度，与发光强度和照度有关②“发光强度”的描述对象是光源，表示一个光源在某个方向上发射的能量。③“照度”的描述对象是被照面（工作面）④两者之间的量化公式：E=I/r2距离平方反比定律：点光源在一表面形成的照度与它在这个方向上的发光强度成正比，和它到被照面的距离平方成反比。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·基本光度单位·发光强度与照度的关系当入射角不等于0时，而是形成i角，则：点光源在表面法线与光线成i角处形成的照度与它在α方向上的发光强度和入射角i的余弦成正比，和它到被照面的距离平方成反比。二、基本光度单位·发光强度与照度的关系建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位D.亮度定义：描述光源或反光物体明亮程度的量，用L表示。·亮度表示在给定方向上发光面微元的发光强度和垂直于给定视线方向的微元的投影面积之比。·由于物体表面亮度在各个方向不一定相同，因此常在亮度符号的右下角注明角度，它表示与表面法线成α角方向上的亮度单位：尼特(nt)、熙提(sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt表示1㎡表面上，沿法线方向（α=0°）发出1坎德拉的发光强度建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位D.亮度建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位D.亮度·物理亮度与表观亮度图中，三角形1和三角形2物理亮度相同，但看上去三角形1比2亮。亮度反映了物体表面的物理特征，而我们主观所感受到的物体明亮程度，除了与物体表面亮度有关外，还与我们所处环境的明暗程度有关。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位D.亮度·物理亮度与表观亮度建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS二、基本光度单位·基本光度单位·亮度与照度的关系亮度和照度有何区别？照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质A.光的反射、吸收和透射在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象。=++τ建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质A.光的反射、吸收和透射•能量守恒定律：材料可分为两类：一类属于定向的，即光线经过反射和透射、后分布的立体角没有改变，如镜子和透明玻璃；另一类为扩散的，这类材料使入射光不同程度地分散在更大的立体角范围内，如粉刷墙。1建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质B.规则反射和透射规则反射（镜面反射）：在无漫射光的情形下，按照几何光学定律进行的反射。①光线入射角等于反射角②入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质B.规则反射和透射人在A时，能看清楚的形象，看不到灯的反射形象。而在B时，就会在镜中看到灯的明亮反射形象，影响照镜子的效果建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质B.规则反射和透射两个表面不平，各处厚薄不均，各处的折射角不同，透过材料的光线互不平行，隔着它所见到的物体形象就会发生变形。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质C.扩散反射和透射入射光线射到半透明材料上，发生扩散透射。入射光线射到表面粗糙的不透明材料上，发生扩散反射。漫反射材料：大部分无光泽、粗糙的建筑材料，如石膏、砖墙、石墙漫透射材料：透过材料看不见光源形象或外界景物，只能看见材料的本色和亮度上的变化，如乳白玻璃、半透明塑料等①均匀扩散材料（漫射材料）特点（1）将入射光线均匀向四面八方反射或透射；（2）材料表面亮度完全均匀；（3）看不见光源形象·卡洛·斯卡帕（CarloScarpa）巴格斯韦德教堂约翰·伍重1977年建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS三、材料的光学性质·材料的光学性质C.扩散反射和透射入射光线射到半透明材料上，发生扩散透射。入射光线射到表面粗糙的不透明材料上，发生扩散反射。②混合反射与透射材料多数材料同时具有规则和漫射两种性质。他们在规则反射和透射方向，具有最大的亮度，而在其他方向也有一定亮度。可以看见光源大致形象建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS衡量人眼看物体的清楚程度（也称为视度）A.亮度最低亮度（亮度阈）：10-5asb刺眼亮度：16sb舒适照度：1000-3000lx四、可见度及其影响因素·可见度及其影响因素建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICSB.物件的相对尺寸视角四、可见度及其影响因素·可见度及其影响因素对大而近的物件看得清楚，反之则可见度下降。物件尺寸d、眼睛至物件的距离l、形成视角α，其关系如下建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICSC.亮度对比亮度差异越大，可见度越高对比系数C四、可见度及其影响因素·可见度及其影响因素辨别几率为95%时，物体亮度（与照度成正比）、视角大小和亮度对比三者之间的关系①从同一根曲线来看，观看对象在眼睛处形成的视角不变时，若亮度对比下降，则需要增加照度才能保持相同视度。②不同的曲线(表示在不同视角时)，目标愈小(视角愈小)，需要的照度愈高。③天然光(红线)比人工光(蓝线)更有利于视度的提高。但在观看大的目标时，这种差别不明显。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICSD.识别时间·邦森—-罗斯科定律：亮度*时间=常数四、可见度及其影响因素·可见度及其影响因素呈现时间越短，越需要更高的亮度才能引起视感觉。建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·适应：当外界光环境亮度发生变化时，人眼需要调解节入射光亮，改变视网膜的感光度的变化过程。（1）明适应——从暗到明的适应过程，1分钟左右（2）暗适应——从明到暗的适应过程，10~35分钟四、可见度及其影响因素·可见度及其影响因素D.识别时间建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·在视野范围里出现了极高的亮度或极高亮度对比（空间和时间上），以致引起视觉的不舒适和降低物体可见度的视觉条件·根据眩光对视觉的影响程度分为：失能眩光和不舒适眩光·根据眩光形成过程分为：直接眩光和反射眩光四、可见度及其影响因素·可见度及其影响因素E.眩光建筑物理2.1章建筑光学基本知识BUILDINGPHYSICS·可见度及其影响因素E.眩光消除或减轻直接眩光的措施：①限制光源亮度（增大面积，降低亮度）如加灯罩等。②增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比。③减少形成眩光的光源的视看面积（即光源对观测者眼睛形成的立体角）。④尽可能增大眩光源的仰角。CDCABBAB本章复习思考题1、6、7