《建筑物理》课程授课教案（建筑光学）第十三讲 建筑光学基本知识

第7周，第1进课程名称：《建筑物理》摘要第二篇建筑光学第一章建筑光学基本知识授课题目（章、节）第一节眼睛与视觉第二节基本光度单位和应用【目的要求】掌握亮度、照度、发光强度、光通量的物理意义及相互关系

课程名称：《建筑物理》 第 7 周，第 1 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第二篇建筑光学 第一章 建筑光学基本知识 第一节 眼睛与视觉 第二节 基本光度单位和应用 【目的要求】掌握亮度、照度、发光强度、光通量的物理意义及相互关系

第一章建筑光学基本知识第一节眼晴与视觉一、眼晴的构造及试看过程二、人眼的视觉特点1颜色感觉光谱颜色中心波长及范围表 2.1-1范围(nm)颜色感觉颜色感觉中心波长（nm）中心波长（nm）范（nm)绿红700510640~750480~550橙蓝620600~640470450~480黄紫420580550~600400~4502光谱光视效率定义：人眼对于不同波长感到的明亮程度不一样，人眼的这种特性用光谱光视效率曲线来表示。表示波长入m和入的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，该两个单色辐射通量之比。V（入)=Φm/Φ波长(m)10-1410-1210-101010-41010-3醫x射线真空紫外线！紫外线红外线贺黄蓝蓝红绿黄橙绿绿紫1.0683M600暗视觉0.8明视觉1500(Mul) 0.64003000.4200T/0.21000380460540620700780波长(nm)

第一章 建筑光学基本知识 第一节 眼睛与视觉 一、眼睛的构造及试看过程 二、人眼的视觉特点 1 颜色感觉 2 光谱光视效率 定义：人眼对于不同波长感到的明亮程度不一样，人眼的这种特性用光谱光视效 率曲线来表示。表示波长λm 和λ的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视 觉感觉时，该两个单色辐射通量之比。 V（λ）＝Φm /Φ

3视野范围从中心视场往外直到30度范围内是视觉清楚区域，这是观看物体总体的有利位置。通常站在离展品高度2一1.5倍的距离观赏展品，就是使展品处于上述视觉清楚区域内。4明、暗视觉第二节基本光度单位和应用一、光通量1定义以人眼对光的感觉量为基准的单位，表示光源发出光能的多少，符号为Φ，单位为流明 (lm)2公式：Φ=Km@e,()dKm—最大光谱光视效能，在明视觉时Km为683lm/W。二、发光强度（关于光源的物理量）1定义光通量的空间分布密度，常用符号1表示，单位为坎德拉(cd）2公式：Q=A/r2单位为球面度(sr)Ia=dΦ/dQ发光强度的平均值：Ia=Φ/Q1cd=-1lm/1sr“1cd”物理意义：表示光源在1球面度立体角内均匀发出1lm的光通量。三、照度（是有关“被照面”的物理量）1定义被照面上单位面积上光通量的多少，常用符号E表示，单位为勒克斯(Ix）。照度的英制单位为英尺烛光（fc）。2公式：E=dΦ/dA如果光通量均匀分布在被照面时E=Φ/A11x=1lm/1m2“1”物理意义：表示1m的光通量均匀分布在1m2的被照面上。发光强度和照度的关系E=I/r2（距离平方反比定律）表明：某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，与它至光源距离r的平方成反比。点光源在任何表面上形成的照度的普遍公式：E=Icosa/r2（重要）（a角是入射光线与被照射面法线之间的夹角）说明增大被照射面照度的几个方法：3个

3 视野范围 从中心视场往外直到 30 度范围内是视觉清楚区域，这是观看物体总体的有利 位置。通常站在离展品高度 2—1.5 倍的距离观赏展品，就是使展品处于上述视觉 清楚区域内。 4 明、暗视觉 第二节 基本光度单位和应用 一、光通量 1 定义 以人眼对光的感觉量为基准的单位,表示光源发出光能的多少 ,符号为Φ,单 位为流明 (lm) 2 公式： Φ= Km∫Φe,λV(λ) dλ Km——最大光谱光视效能，在明视觉时 Km 为 683 lm/W。 二、发光强度（关于光源的物理量） 1 定义 光通量的空间分布密度,常用符号 I 表示，单位为坎德拉(cd) 2 公式： Ω=A/r2 单位为球面度(sr) Iα= dΦ/ dΩ 发光强度的平均值: Iα=Φ/Ω 1cd=1lm/1sr “1cd”物理意义：表示光源在 1 球面度立体角内均匀发出 1lm 的光通量。 三、照度（是有关“被照面”的物理量） 1 定义 被照面上单位面积上光通量的多少,常用符号 E 表示,单位为勒克斯(lx)。照度 的英制单位为英尺烛光（fc）。 2 公式：E = dΦ/ dA 如果光通量均匀分布在被照面时 E =Φ/ A 1lx =1lm/ 1m2 “1lx”物理意义：表示 1lm 的光通量均匀分布在 1m2 的被照面上。 ❖ 发光强度和照度的关系 E = I / r2 （距离平方反比定律） 表明：某表面的照度 E 与点光源在这方向的发光强度 I 成正比，与它至光源距 离 r 的平方成反比。 点光源在任何表面上形成的照度的普遍公式： E = I cosa / r2 （重要） （a 角是入射光线与被照射面法线之间的夹角）说明增大被照射面照度的几个方 法：3 个

四、亮度（有关光源与人的感觉的物理量）1定义：发光体在视线方向上单位投影面积发出的发光强度，符号Lα，单位cd/m2。有时用一个较大的单位一熙提（sb）。亮度的英制单位：英尺朗伯（fl)。2公式：La=I/Acosa表明：视网膜上物像的照度是和发光体在视线方向的投影面积成反比，与发光体在视线方向的发光强度成正比。3物理亮度（亮度）、表观亮度（明亮度）照度和亮度的关系E=LαQcos一一立体角投影定律（重要）图2.1-10照度和亮度的关系注意：α为入射光线与发光体表面法线之间的夹角。0为入射光线与被照射表面法线之间的夹角。Q这里的Q和前面介绍光通量时的Q虽然都是立体角，但是两个角度不同。介绍光通量时用到的9是被照射面对球心处的点光源形成的角，体现的是光在空间的分布密度；而立体角投影定律里的是发光表面在被照射点上形成的立体角，是一个纯几何的参数

四、亮度（有关光源与人的感觉的物理量） 1 定义：发光体在视线方向上单位投影面积发出的发光强度，符号 Lα，单位 cd/m2。 有时用一个较大的单位——熙提（sb）。亮度的英制单位：英尺朗伯（fl）。 2 公式：Lα = Iα /Acosα 表明：视网膜上物像的照度是和发光体在视线方向的投影面积成反比，与发光体 在视线方向的发光强度成正比。 3 物理亮度（亮度）、表观亮度（明亮度） ❖ 照度和亮度的关系 E = Lα Ω cosθ——立体角投影定律（重要） 注意：α为入射光线与发光体表面法线之间的夹角。 θ为入射光线与被照射表面法线之间的夹角。 Ω这里的Ω和前面介绍光通量时的Ω虽然都是立体角，但是两个角度不同。介绍 光通量时用到的Ω是被照射面对球心处的点光源形成的角，体现的是光在空间的 分布密度；而立体角投影定律里的Ω是发光表面在被照射点上形成的立体角，是 一个纯几何的参数

第三节材料的光学性质光的反射，吸收和透射：1=Φp/Φ+Φa/Φ+Φt/dp+a+t=l一、定向反射和透射1定向反射1.1材料：光滑不透明材料1.2特点：（1）入射角=反射角（2）入射光线、反射光线、法线在同一平面上1.3计算：Lp=L*pIp =*p2定向透射2.1材料：透明材料2.2特点：如果材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向和入射方向保持一致.2.3计算：LT=L*TIt =I* T二、扩散反射和透射1均匀扩散材料1.1定义：均匀扩散材料将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全相同，看不见光源形象。1.2材料：反射一一氧化镁，石膏，粉刷透射一一乳白玻璃，半透明塑料1.3亮度公式：反射——L=E*p/元透射一一L=E*T/元元：代表空间立体角分布过程均匀扩散材料的最大发光强度在表面的法线方向，其它方向发光强度和法线方向发光强度的值有如下关系：朗伯余弦定律I=loXcosa2定向扩散材料2.1定义：定向扩散材料具有定向和扩散两种性质。它在定向反射（透射）方向具有最大亮度，而在其他方向也有一定亮度。2.2材料：反射一一光滑的纸，较粗糙的金属表面，油漆表面透射——磨砂玻璃复习题：从材料的光学性质上区分，平板玻璃、压花玻璃、磨砂玻璃分别属于哪类？

第三节 材料的光学性质 光的反射,吸收和透射： 1 = Φ ρ / Φ + Φ α / Φ +Φ τ / Φ ρ+α+τ=1 一、定向反射和透射 1 定向反射 1.1 材料：光滑不透明材料 1.2 特点：（1）入射角=反射角 （2）入射光线、反射光线、法线在同一平面上 1.3 计算： Lρ= L*ρ Iρ = I *ρ 2 定向透射 2.1 材料：透明材料 2.2 特点：如果材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向和入射方向保持 一致. 2.3 计算： Lτ= L*τ Iτ = I *τ 二、扩散反射和透射 1 均匀扩散材料 1.1 定义：均匀扩散材料将入射光线均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看， 其亮度完全相同，看不见光源形象。 1.2 材料： 反射——氧化镁,石膏,粉刷 透射——乳白玻璃,半透明塑料 1.3 亮度公式：反射——L = E *ρ/π 透射——L = E *τ/π π：代表空间立体角分布过程 均匀扩散材料的最大发光强度在表面的法线方向，其它方向发光强度和法线方向 发光强度的值有如下关系：朗伯余弦定律 2 定向扩散材料 2.1 定义：定向扩散材料具有定向和扩散两种性质。它在定向反射（透射）方向， 具有最大亮度，而在其他方向也有一定亮度。 2.2 材料： 反射——光滑的纸，较粗糙的金属表面，油漆表面 透射——磨砂玻璃 复习题： 从材料的光学性质上区分，平板玻璃、压花玻璃、磨砂玻璃分别属于哪类？