NHỮNG TÌM HIỂU VỀ ÁNH SÁNG

a.Sóng điện từMọi vật ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ không tuyệt đối (0K) đều bức xạ ra sóng điện từ ra môi trường xung quanhTrên trái đất,mọi vật đều lớn hơn nhiệt độ không tuyệt đối  đều bức xạ điện từ b.Một số tính chất chung sóng điện từSóng điện từ lan truyền trong môi trường chất và cả trong chân khôngSóng điện từ phụ thuộc vào : hằng số điện môi độ từ thẩm b.Một số tính chất chung sóng điện từSóng điện từ là sóng ngangQuá trình truyền sóng cũng là quá trình truyền năng lượngSóng điện từ cũng tuân đúng theo định luật quang hình học

Trang 2

a.Sóng điện từ

Thí nghiệm của Hez

Vậy : Sóng điện từ là trường điện từ biến thiên lan truyền trong không gian

1.Bản chất sóng điện từ

ÁNH SÁNG

Trang 3

Điện trường biến thiên  từ trường

Từ trường biến thiên  điện trường

ÁNH SÁNG

Trang 4

Mọi vật ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ không tuyệt đối (0K) đều bức xạ ra sóng điện từ ra môi trường xung quanh

Trên trái đất,mọi vật đều lớn hơn nhiệt độ không tuyệt đối  đều bức xạ điện từ

ÁNH SÁNG

Trang 6

b.Một số tính chất chung sóng điện từ

Sóng điện từ là sóng ngang

Quá trình truyền sóng cũng là quá trình truyền năng lượng

Sóng điện từ cũng tuân đúng theo định luật quang hình học

ÁNH SÁNG

Trang 7

SÓNG ĐIỆN TỪ PHẲNG ĐƠN SẮC

Sóng điện từ phẳng đơn sắc là sóng có chu kỳ T và tần số f được xác định:

Trong môi trường xác định

Các mặt sóng là các mặt phẳng song song

Các vectơ E,H có phương không đổi và ó trị số là hàm sin theo thời gian

ÁNH SÁNG

Trang 8

Phân loại

Sóng điện từ có tần số f (hoặc bước sóng ) khác nhau có thể có những tính chất khác nhau.

 Phân loại sóng điện từ theo giá trị chiều dài bước sóng  ( sự phân loại này chỉ có tính tương đối: phân loại theo từng vùng sóng).

ÁNH SÁNG

Trang 9

Mỗi bước sóng  khác nhau có thể có những tính chất khác nhau nhưng người ta thường phân loại sóng điện từ vào 1 nhóm do chúng có cùng 1 tính chất giống nhau mà con người có thể ứng dụng:

Phân loại

- Sóng điện từ có bước sóng từ vài km đến vài cm là những sóng vô tuyến điện

-Sóng điện từ có  = 0,38  đến 0,76 là những bức xạ nhìn thấy được.

- Tia Rơnghen (tia X) có  = 2.10-11m

( 1mm = 103 = 106 m)

- Tia Rơnghen (tia X) có  = 2.10-11m

( 1mm = 103 = 106 m)

ÁNH SÁNG

Trang 10

c.Ánh sáng

Aùnh sáng là sóng điện từ nằm trong vùng bức xạ sóng điện từ khả kiến:

0,38    0,76

Ánh sáng trắng:

Là toàn bộ các bức xạ nằm trong vùng bức xạ sóng điện từ khả kiến đến dồn dập, chồng chất lên mắt gây cho mắt cảm giác sáng.

ÁNH SÁNG

Trang 11

c.Ánh sáng

Trang 12

2.QUANG HÌNH HỌC

Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng :

Trong môi trường trong suốt, đồng chất và đẳng hướng, ánh sáng truyền theo đường thẳng Các định luật

Định luật về tác dụng độc lập của ánh sáng:

Tác dụng của các chùm tia sáng khác nhau hoàn toàn độc lập với nhau.

Hai định luật về sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng của Décatt:

ÁNH SÁNG

Trang 13

2.QUANG HÌNH HỌC

Các định luật

Định luật Décatt 1: Tia phản xạ IR1 nằm trong mặt phẳng tới (là mp chứa tia tới

và pháp tuyến IN) Góc tới bằng góc phản xạ: i1 = i’1

Định luật Décatt 2: Tia khúc xạ IR2 cũng nằm trong mặt phẳng tới OIN nhưng ở phía bên kia của mặt phân cách n-n:

Sin i1 / Sin i2 = n21 có giá trị không đổi

n21 gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường

2 đối với môi trường 1

 n21 phụ thuộc vào bản chất của 2 môi

trường đó.

ÁNH SÁNG

Trang 14

2.QUANG HÌNH HỌC

Các định luật

Hiện tượng phản xạ tòan phần:

Khi i2 = i2max = /2 thì ta có:

i1 = i1max với sin i1max = n21

Góc tới i1max gọi là góc tới giới hạn

Khi i1 > i1max thì ta có hiện tượng phản xạ toàn phần

ÁNH SÁNG

Trang 15

3.ĐẠI LƯỢNG QUANG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG a.đặc điểm của phép đo ánh sáng

Trắc quang khách quan

Là phép đo ánh sáng thuần túy về

mặt vật lý cũng như phép đo các đại lượng

vật lý khác.

 Dụng cụ đo là các thiết bị

quang học như Lux kế (là 1 thiết bị

hoạt động dựa trên tế bào quang điện)

ÁNH SÁNG

Trang 16

3.ĐẠI LƯỢNG QUANG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG a.đặc điểm của phép đo ánh sáng

Trắc quang chủ quan

Là phép đo ánh sáng dựa trên cảm nhận sinh lý của mắt người

 “Dụng cụ” đo là mắt chuấn – mắt trung bình

Mắt chuẩn - mắt trung bình :

Là mắt của nhiều người có thị giác bình thường

Mắt chuẩn đã được Hội nghị trắc quang thế giới tiêu chuẩn hóa , được Uûy ban thắp sáng Quốc tế (CIE) công bố 1924.

Phương pháp thiết lập Mắt chuẩn - mắt trung bình:

Chính các chuyên gia quang học của các nước dự Hội nghị trắc quang thế giới tham gia vào các thí nghiệm về ánh sáng, từ đó thành lập ra Mắt chuẩn

ÁNH SÁNG

Trang 17

3.ĐẠI LƯỢNG QUANG VÀ ĐƠN VỊ ĐO ÁNH SÁNG

Thí nghiệm

ÁNH SÁNG

Trang 18

Đối với bức xạ đơn sắc ứng với bước sóng  xác định ta có thông lượng bức xạ đơn sắc    =   là thông lượng bức xạ của miền bức xạ khả kiến.

Thơng lượng bức xạ

Trong đó :

C : hệ số tỉ lệ, đặc trưng khả năng hấp thu năng lượng bức xạ của vật.

W : năng lượng bức xạ toàn phần (watt)

t : thời gian tác dụng (giây)

ÁNH SÁNG

Trang 19

a Nguỡng thấy : là giá trị min tối thiểu đủ gây cho mắt 1 cảm giác sáng trên vật được rọi

 = 1/ min là độ nhạy của mắt đối với bức xạ đơn sắc 

 Như vậy, các bức xạ đơn sắc có bước sóng  khác nhau sẽ có giá trị ngưỡng thấy và độ nhạy khác nhau.

ÁNH SÁNG

Trang 20

Hàm số thị kiến

Qua thí nghiệm thực tế, người ta nhận thấy mắt người nhạy nhất với bức xạ màu vàng lục ( = 555 m) Còn đ/v bức xạ hồng ngoại hay tử ngoại, dù có thông lượng bức xạ rất lớn thì mắt người vẫn không cảm nhận được.

Hội nghị thắp sáng quốc tế qui ước: lấy độ nhạy của mắt đối với ánh sáng màu vàng lục bằng đơn vị:  555 = 1/  555 min = 1

Đối với các bức xạ đơn sắc khác có bước sóng  bất kỳ:  < 1

Đối với các bức xạ hồng ngoại, tử ngoại:  hồng ngoại =  tử ngoại = 0

ÁNH SÁNG

Trang 21

b Thị giác ban ngày và thị giác hoàng hôn :

Mắt chuẩn có 2 thị giác:

+ Thị giác ban ngày (nhạy nhất với bức xạ màu vàng lục  = 555m)

 Ứng với AS mạnh

+ Thị giác hoàng hôn (nhạy nhất với b.xạ màu xanh thẫm  = 510m)  Ứùng với AS yếu

ÁNH SÁNG

Trang 22

c Hàm số thị kiến :

Hàm số  = f() gọi là hàm số

thị kiến và đường cong biểu diễn quan hệ

giữa  và  gọi là đường cong thị kiến

ÁNH SÁNG

Trang 23

Quang thơng (F)

Là thông lượng bức xạ trong miền bức xạ khả kiến

Quang thông đơn sắc: F =   (watt AS).

Đ/v bức xạ màu vàng lục: F 555 =  555 (vì  555 = 1) Còn đ/v các bức xạ khác: F < 

Quang thông của AS phức tạp: F =  F =    (watt AS)

Như vậy, quang thông là đại lượng đo ánh sáng do mắt cảm nhận, đánh giá

ÁNH SÁNG

Trang 24

4 .Cường độ sáng (I) :

a Góc khối (góc đặc)  :

Gĩc khối nhìn từ O tới mặt dS là phần khơng gian giới hạn trong hình nĩn đỉnh tại O, cĩ các đường sinh tựa trên chu vi mặt dS.

Gĩc khối nĩi tới các gĩc trong khơng gian ba chiều tương ứng giữa một vật thể với

một điểm cho trước.

Gĩc khối được sử dụng để ước lượng độ lớn của vật thể tính từ một điểm quan sát cho trước

Gĩc khối thường được ký hiệu là Ω, đơn vị SI của nĩ là steradian (ký hiệu "sr").

Trang 25

Đơn vị Radian (rad):

Đường tròn tâm O, bán kính R

Trang 26

Mặt cầu tâm O, bán kính R.

dS = R2   = 1 Steradian (Sr)

Đơn vị Steradian (Sr):

Góc không gian quanh tâm O:

 = S/ R2 = 4R2 / R2 = 4 (Sr)

 Như vậy, góc không gian quanh 1 điểm bằng 4 (Sr).

Steradian (ký hiệu: sr) là đơn vị SI của gĩc khối

Nĩ được dùng để mơ tả độ lớn tương đối giữa vật thể và một điểm quan sát cho trước trong khơng gian ba chiều

Cái tên steradian xuất phát từ stereos trong tiếng Hy Lạp cĩ nghĩa là khối

và radius trong tiếng Latinh cĩ nghĩa là tia

Tương tự radian, steradian là đơn vị khơng cĩ thứ nguyên, 1 sr = m2·m-2 = 1.

Trang 27

b Biểu thức góc khối :

Góc khối nhìn từ điểm O tới mặt dS bất kỳ: dS’ = dS.cos

 d = dS.cos / r2 (Sr)

Trang 28

c Cường độ sáng (I) :

Là quang thông trên 1 đơn vị góc khối:

I = dF / d

Nếu coi như quang thông phân bố đều

trong toàn góc khối thì: I = F /  (1)

 Cường độ sáng I là đại lượng đ c trưng cho ặ

khả năng phát sáng của nguồn điểm trên từng phương

Nguồn đẳng hướng:

Nếu nguồn phát sáng đồng đều theo mọi phương

(gọi là nguồn đẳng hướng) thì quang thông của nó gọi là

quang thông cầu

Khi đó: I = F/ 4 = const

Trang 29

Vd1: Cường độ sáng và quang thông của 1 vài nguồn sáng phổ biến:

+ Nến trung bình (I = 1 cd, F = 15 lm)

+ Đèn dây tóc nung 60W (I = 68 cd, F = 850 lm) + Đèn dây tóc nung 100W (I = 128 cd, F = 1600 lm)

 Như vậy, 1 lumen (lm) là quang thông của 1 nguồn sáng điểm có cường độ 1 cd bức xạ đều trong góc khối 1 Sr

1 lumen = 0,00146 watt AS ; 1 watt AS = 683 lumen

Trong hệ SI, đơn vị của cường độ sáng là candela (cd), đơn vị cũ là bouji (nến quốc tế).

1 cd = 0,995 bouji

Từ : I = F /  (1)  F = I  (lumen, lm)

Đơn vị của cường độ sáng

Trang 30

ĐỘ RỌI E

Độ rọi E là đại lượng đặc trưng mức độ được rọi sáng trên mặt dS, do nguồn ngoài rọi tới.

Độ rọi E là mật độ bề mặt của quang thông ở ngoài rọi tới mặt S

Đơn vị: lumen /

gọi là lux (lx)

Trang 32

ĐỘ RỌI E

Trường hợp mặt bị rọi có pháp tuyến nghiêng với phương tới của chùm sáng

dE = =

Độ rọi trên mặt bị rọi tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ ngồn tới mặt bị rọi

Độ rọi phụ thuộc vào góc tới (góc càng lớn thì E càng nhỏ)

Trang 33

ĐỘ RỌI E

Vài độ rọi thường gặp :

Trang 36

ĐỘ TRƯNG R

R = K E Trường hợp vật bức xạ ánh sáng nhờ phản xạ ánh sáng từ bên ngoài tới.

Hệ số phản xạ

Trang 37

ĐỘ TRƯNG R

R = K E Trường hợp vật bức xạ ánh sáng nhờ phản xạ ánh sáng từ bên ngoài tới.

Nguồn khối hay mặt trong suốt

R = E

:hệ số xuyên qua Kính mờ có độ trưng khi bị rọi sáng mặt ngược lại

Hệ số xuyên qua

Trang 38

ĐỘ CHÓI B

Độ chói B là đại lượng đặc trưng khả năng phát sáng theo từng phương của nguồn khối hay nguồn mặt.

Đơn vị : cd /

Độ chói B là đại lượng đặc trưng mật độ bề mặt của quang thông

do nguồn bức xạ ra

Khi phương truyền sóng vuông góc với mp () ta có thể sử dụng

đơn vị: Nit (Nt)

Trang 42

QUANG HỆ GIỮA ĐỌ CHÓI VÀ ĐỘ RỌI Độ chói B do nguồn gây ra:

Độ rọi E của mặt được rọi sáng

= B

Độ rọi E do nguồn khối hay nguồn măt rọi tới

Trang 43

Độ rọi E do mặt được rọi sáng :

Khi =

= B

Trang 44

Độ rọi E do mặt được rọi sáng gây ra:

Độ rọi E do nguồn điểm rọi tới

=

Trang 45

Quan hệ giữa các đại lượng

Quan hệ giữa nguồn sáng và bề mặt nhận sáng

ÁNH SÁNG

Trang 46

Quan hệ giữa độ chói B của mặt phát sáng với độ rọi E của mặt được rọi sáng:

Giả sử:

, ’ :lần lượt là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phát sáng dS và mặt được rọi dS’ với phương trung bình từ mặt phát sáng đến mặt được rọi.

d là góc khối nhìn từ mặt phát sáng đến mặt được rọi.

d’ là góc khối nhìn từ mặt được rọi đến mặt phát sáng.

Ta có :

E = B.cos’.d’

ÁNH SÁNG

Trang 47

Quan hệ giữa độ chói B của mặt phát sáng với độ rọi E của mặt được rọi sáng:

Độ chói của mặt phát sáng trên

phương trung bình đến mặt được rọi:

B = dF/ d.dS.cos

Chú ý:

Phân biệt nguồn đẳng hướng với nguồn Lămber:

Nguồn đẳng hướng: I = const

Nguồn Lămber: B = const

ÁNH SÁNG

Trang 48

III Tính chất quang học của vật liệu.

Trang 49

1 Hệ số quang học của vật liệu.

Khi quang thông đến (Fđ, or F) rọi vào bề mặt của vật liệu thì 1 phần bị phản xạ (Fρ, or Fρ), một phần bị vật liệu hấp thu (Fα, or Fα) và một phần xuyên qua (Ft, or Ft).Theo ĐL bảo toàn năng lượng: Fđ = Fρ + Fα + Ft (1)

Đặt: ρ = Fρ / Fđ là hệ số phản xạ của vật liệu

α = Fα / Fđ là hệ số hấp thu của vật liệu

t = Ft / Fđ là hệ số xuyên qua của vật liệu

Ta có: ρ + α + t = 1

Khi quang thông đến (Fđ, or F) rọi vào bề mặt của vật liệu thì 1 phần bị phản xạ (Fρ, or Fρ), một phần bị vật liệu hấp thu (Fα, or Fα) và một phần xuyên qua (Ft, or Ft).Theo ĐL bảo toàn năng lượng: Fđ = Fρ + Fα + Ft (1)

Đặt: ρ = Fρ / Fđ là hệ số phản xạ của vật liệu

α = Fα / Fđ là hệ số hấp thu của vật liệu

t = Ft / Fđ là hệ số xuyên qua của vật liệu

Ta có: ρ + α + t = 1

Trang 50

LƯU Ý:

_ Chỉ có vật liệu trong suốt là có đủ 3 hệ số này

_ Đối với vật liệu không trong suốt: t = 0

ρ + α = 1

_ Đối với vật đen tuyệt đối: ρ = 0 (Bề mặt phủ muội đèn (bồ hóng) có ρ = 0,01 coi như vật đen gần tuyệt đối; mặt sơn đen…)_ Đối với vật trắng tuyệt đối: α = 0 (Bề mặt phủ magiê ôxit, mặt tuyết đang rơi có ρ = 0,9 coi như vật gần trắng tuyệt đối.)

=> Nhiệm vụ của quang học kiến trúc là giải quyết các hiệu quả sáng trong công trình nên chú trọng đến ρ và t

Vật quan sát rõ hay không là do hệ số ρ quyết định

Trang 51

Giá trị của các hệ số ρ, α và τ thay đổi tùy theo đặc tính quang học của các vật liệu

Trang 52

2 Sự thay đổi quang phổ -> hệ số quang phổ

Quang phổ của quang thông đến sẽ có sự thay đổi sau khi phản xạ và xuyên qua vật liệu

Tức là ánh sáng phản xạ và xuyên qua sẽ không giống ánh sáng tới

Ánh sáng đơn sắc khác nhau (bước sóng l khác nhau) sẽ có hệ số ρ, t khác nhau:

_ ρl = Flρ / Flđ là hệ số phản xạ quang phổ

_ tl = Flt / Flđ là hệ số xuyên qua quang phổ

Các hệ số ρl, tl đặc trưng cho tính chất phản xạ và xuyên qua ánh sáng chọn lọc của vật liệu

Trang 53

LƯU Ý: Khi ta quan sát, màu sắc của vật liệu phụ thuộc vào các yếu tố sau:

_ Quang phổ của AS tới (tính chất của nguồn sáng).

_Quang phổ của AS phản xạ hay xuyên qua từ vật đến mắt (t/chất của bề mặt).

Trang 54

3.Sự phân bố ánh sáng của bề mặt sau khi nhận sáng.

Hiện tượng phản xạ (ρ):

Mặt phản xạ ánh sáng gọi là mặt phát sáng thứ cấp (nguồn thứ cấp)

Hiện tượng phản xạ (ρ): PX định hướng

PX khuếch tán: PX KT hoàn toàn

PX KT không hoàn toàn

PX Hỗn hợp

Trang 55

Phản xạ định hướng (PX mặt gương):

Là hiện tượng phản xạ tuân theo ĐL quang hình học

VD: Mặt gương, mặt kim loại nhẵn bóng

Trang 56

Phản xạ khuếch tán:

PX KT không hoàn toàn: Biểu đồ trên thể hiện đường cong nối vecto cương độ sáng Loại này thường gặp ở các trần nhà màu trắng đục.

PX KT hoàn toàn: Khi ta chiếu sáng vào 1 miếng giấy thấm màu trắng hoặc lớp tuyết mới rơi, sẽ có sự khuếch tán hoàn toàn, vì bề mặt của nó có độ chói

đều trên tất cả các hướng quan sát

Lúc này, phân bố cường độ phân bố theo định luật Lambe:

- Đối với bề mặt phản xạ khuếch tán hoàn toàn:

Trang 57

Phản xạ hỗn hợp:

Loại này thường gặp trong thực tế Nó tạo ra nguồn thứ cấp

Trang 58

Hiện tượng xuyên qua (τ):

Ánh sáng xuyên qua vật sẽ được xác định bằng hệ số xuyên sáng t, nó sẽ thay đổi tùy thuộc vào góc tới của tia sang và thành phần phổ của các tia tới

Nếu vật liệu trong suốt, một phần ánh sáng tới sẽ xuyên qua vật liệu

Mặt xuyên sáng cũng được gọi là mặt phát sáng thứ cấp (nguồn thứ cấp)

Hiện tượng xuyên qua (t): Xuyên qua định hướng

Xuyên qua khuếch tán

Xuyên qua hỗn hợp

Trang 59

Xuyên sáng định hướng:

Xuyên sáng định hướng xảy ra khi các tia sáng đi ra khỏi vật mà không thay đổi hướng

Đó là vật liệu trong xuống kính

Xuyên sáng định hướng xảy ra khi các tia sáng đi ra khỏi vật mà không thay đổi hướng

Đó là vật liệu trong xuống kính

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	8,69 MB