3第二讲光与颜色的基本概念(NXPowerLite)

第二讲光与颜色的基本概念本章主要介绍了光与颜色的基本概念：1、基本光度单位及其应用2、材料的光学性质3、颜色4、光源的色温和显色性1、基本光度单位及其应用光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，需要借助一些物理光度量来描述光源与光环境的特征。常用的光度量有：光通量、照度、发光强度和亮度1、基本光度单位及其应用1.1光通量1.2发光强度1.3照度1.4发光强度和照度的关系1.5亮度1.6照度和亮度的关系1.1光通量由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，于是，引入光通量。光通量就是人眼对光能量中的有感觉的量。光通量符号：Φ，单位：流明(lm)。计算公式：式中——波长为的光谱辐射通量，w——光谱光视效率，由教材P131图7-4中查得——最大光谱光视效能，明视觉时为。建筑光学中，常用的光通量表示一个光源发出的光能多少，是光源的一个基本参数。100W普通白炽灯发出1250lm的光通量，40W日光色荧光灯约发出2400lm的光通量。例题：在光亮环境中，辐射功率相等的单色光看起来（）光最明亮。A、700nm红光;B、510nm蓝绿光;C、580nm黄光;D、555nm黄绿光.例题：下面关于光的阐述中，（）是不正确的。DA、光是以电磁波形式传播；B、可见光的波长范围为380~780nm；C、红外线是人眼所能感觉到的；D、紫外线不是人眼所能感觉到的.C例题：已知某种灯仅辐射出波长为555纳米的单色光，设其辐射通量为1瓦，则该灯对应的光谱光视效率Vλ为，相应的光通量为流明。1683例题：已知钠灯发光波长为589nm，其辐射通量为10.3w，求其发光通量。解：λ=589nm，ν（λ）=0.76958968310.30.7695410lm例题：已知500W贡灯发出的单色光辐射通量值，试计算其光通量。例题：已知某种灯仅辐射出波长为555纳米的单色光，设其辐射通量为10瓦，则该灯对应的光谱光视效率Vλ为，相应的光通量为流明。5556831016830lm16830,()683(40.00078.40.018011.50.984112.80.88920.90.0076)15613.2()mekVlm,()683(40.00078.40.018011.50.984112.80.88920.90.0076)15613.2()mekVlm波长（m）单色辐射通量Φ（W）光谱光视效率ν光通量Φ（lm）3652.24064.00.00071.94368.40.0180103.354611.50.98417729.657812.80.88927773.76910.90.00764.7总计39.815613.21.2发光强度光源向四周辐射光能量，单位立体角内的光通量叫发光强度。均匀照射发光强度单位：坎德拉（cd），发光强度的符号，α表示发光强度与方向有关；立体角与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dθ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是4π。2/ddsr和平面角的定义类似。平面角我们定义一段弧微分dl与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=dl/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π。立体角2/ddsr一个锥面所围成的空间部分称为“立体角”。立体角是以锥的顶点为心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度（sr）”。例题：发光强度就是给定光源在给定方向的立体角元内传输的除以该之商。光通量立体角元例题：某一光源在1sr立体角内均匀辐射出100lm的光通量，试问发光强度单位是，并求出该立体角方向上的发光强度大小为。cd100cd1.3照度对于被照面而言，单位面积上的光通量叫照度，用来衡量它被照射的程度。均匀照射符号：E，单位：勒克斯（lx），阴天中午室外照度为8000～200001x；晴天中午在阳光下的室外照度可高达80000～120000lx。解：直径D=100cm=1m球的表面积为S=4πR^2=π×D^2=πm^2透过乳白色玻璃球形灯罩的光通量Φ=100lm这圆表面上各点照度为：【例题】在一个直径为100厘米的乳白色玻璃球形灯罩内表面上均匀落下100流明的光通量，求灯罩内表面上各点照度。210031.83dElxdAD1.4发光强度和照度的关系•以一个点光源为例，寻找发光强度和照度的关系；•右图a所示，表面距点光源O分别为，具有相同的立体角，光通量相同，发光强度也就相同。而表面积之比，它们的照度随着面积增大而减少。表面A1、A2、A3距点光源O分别为r、2r、3r，具有相同的立体角，光通量相同，发光强度也就相同。而表面积之比1：4：9，它们的照度随着面积增大而减少。距离平方反比定律2IEr右图所示2EAArI左图a所示，光线垂直入射（i为入射角）某表面的照度E与光源在这方向的发光强度成正比，与入射角余弦成正比，与距光源的平方成反比。的距离【例题】辐射波长为555nm的单色光源，其辐射功率为10瓦，试求：A、该单色光源辐射出的光通量；B、该单色光源辐射出的发光强度（它向四周均匀地发射光通量）C、距离它4米处的照度。解：,22:683/1016830:6830543.54:543.5cos344meAKlmwwlmBdIcddCIdEilxdAr【例题】辐射波长为555nm的单色光源，其辐射功率为10W，求离光源2m处的照度。解：,22:683/1016830:6830543.54:543.5cos1362meAKlmwwlmBdIcddCIdEilxdAr•【例题】如图所示，在距离桌面2.1米处挂一只40w白炽灯，设α在0°─45°内白炽灯的发光强度均为30cd，求灯下桌面上1、2两点处的照度。【解】：1、2两点处的照度分别为：1.0m2.1mE1E21.5亮度一个发光(或反光)物体，在视网膜上成像，视觉感觉与视网膜上的物像的照度成正比，物像的照度愈大，觉得发光(或反光)物体愈亮。发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度就叫着亮度。可以证明：发光(或反光)物体的亮度和发光体在视线方向的投影面积Acosα成反比，与发光体朝视线方向发光强度Ια成正比。发光(或反光)物体表面沿视线方向单位投影面上的发光强度就叫着亮度。2coscosdIdLdAddA2dddA2d由给定点处的束元dA传输的，并包含给定立体角dΩ内传输的光通量；dA给定点处的射束包含的截面积；是射束方向与射束截面法线之间的夹角；cosdA是垂直射束方向上的dA的投影。当角α方向上射束截面A的发光强度相同时，均为IA角α方向上的亮度为：cosA是A在垂直射束方向的投影1.5亮度亮度反映了物体表面的物理特性；而人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，还与所处环境的明暗程度有关。于是，将亮度分为两种，前者称为“物理亮度(或称亮度)”，后者称为“表现亮度(或称明亮度)”。亮度常用单位为：坎德拉每平米（cd/m2），即1平米表面上，沿法线方向（α=0）发出1cd的发光强度。另一较大亮度单位是：熙提（sb），它表示1cm2面积上发出1cd的亮度。42110/sbcdm【例题】一个直径为250mm的乳白色玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1260lm的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.60，求灯罩外表面亮度？解：直径D=250mm=0.25m球的表面积为S=4πR^2=π×D^2=0.196m2透过乳白色玻璃球形灯罩的光通量Φ=1260×0.6=756lm发光强度Ι=dΦ/dΩ=Φ/(4π)灯罩外表面亮度Lα=Ι/dAcosα=dΦ/(dΩdAcos0)=φ/(4π×πD^2)22212600.6306/440.25LcdmD【例题】一个直径为400毫米的乳白玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1179流明的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.7，求灯罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射影响）。解法一：内表面照度：lxrAE5.23452.041179422乳白灯罩外表面亮度：22222/6.5222.047.011794mcdrEL均匀扩散透射材料表面的亮度公式：【例题】一个直径为400毫米的乳白玻璃球形灯罩，内装一个光通量为1179流明的白炽灯，设灯罩的光透射比为0.7，求灯罩外表面亮度（不考虑灯罩的内反射影响）。cdI8.934117942222/6.5222.047.011794cosmcdrSILL外解法二：1.6照度和亮度的关系照度和亮度的关系，指的是光源亮度和它所形成的照度间的关系。于是，亮度照度A1为各个方向亮度都相同的发光面，A2为被照面。dA1可视为点光源。它在A2上照度为：【例题】设有一个乳白玻璃的球形灯，灯罩的直径为4厘米，其轴向发光强度为100坎德拉，求该灯的轴向亮度？解：2200/79600204.0100cosmcdAIL1.6照度和亮度的关系整个发光面在o点形成的照度是均匀亮度是有这就是常用的立体角投影定律，它表示某一亮度为Lα的发光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光表面的亮度Lα与该发光表面在被照点上形成的立体角Ω的投影Ωcosi的乘积。【例题】在房间侧墙和屋顶上各开一个1m2的窗洞，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为1sb，试分别求出各个窗洞在桌面上形成的照度(桌面与侧窗窗台等高)。【解】：侧窗：均匀亮度是有天窗：4100.2280.243554.5Elx【例题】房间的平面尺寸为7×15m2，净空高3.6m，在顶棚正中布置一个亮度为1000cd/m2的均匀扩散光源（发光顶棚），其尺寸为5×13m2，求房间四角处的地面照度（不计室内反射光影响）。15m3.6m7mrhai22228.283.69.03rham2217158.282am3.6coscos0.409.03hir2cosAr22coscoscos5130.4010000.40127.59.03AELiLirlx【例题】一房间的平面尺寸为6.6m×9.6m，净空高3.6m。在顶棚正中布置一亮度为500cd/m2的均匀扩散光源，其尺寸为4.6m×7.6m，求房间四角处的地面照度（不考虑室内反射光影响）。9.6m3.6m6.6mrhai2coscoscosAiELLr2222222224.67.63.63.65009.66.69.66.69.66.63.63.63.6222222E100Elx解：,()mek683/mklmw式中——波长为的光谱辐射通量，w——光谱光视效率，由教材P131图7-4中查得——最大光谱光视效能，明视觉时为dId2cosIdEidAr2coscosdIdLdAddAcosILA2coscoscosAELiLir【例题】下列光度量单位中，哪个不是亮度单位()A．cd／㎡B．AsbC．sbD．lmD【例题】照度的单位是：()A．流明B．坎得拉C．勒克斯D．坎得拉每平米C【例题】离光源3米处的发光强度是100cd，在同一方向，离光源6m处的发光强度是()。A．25cdB．50cdC.100cdD．200cdC【例题】一个点光源直接入射到被照面所形成的照度，与光源距被照面的距离的几次方成反比()A．一次方B．二次方C．三次方