QUANG HỌC KIẾN TRÚC PHẦN 03: ĐẠI LƯỢNG QUANG ĐƠN VỊ QUANG

I. TRAÉC QUANG:1. Traéc quang khaùch quan2. Traéc quang chuû quanII. ÑAÏI LÖÔÏNG QUANG ÑÔN VÒ QUANG:1. Thoâng löôïng böùc xaï () 5. Ñoä roïi (E) 2. Haøm soá thò kieán 6. Ñoä tröng (R)3. Quang thoâng (F) 7. Ñoä choùi (B)4. Cöôøng ñoä saùng (I)III. QUAN HEÄ GIÖÕA CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG:1. Ñònh luaät Laêmber (Lambert)2. Quan heä giöõa ñoä choùi B cuûa maët phaùt saùng vôùi ñoä roïi E cuûa maët ñöôïc roïi saùng

Phần A: KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

A 2 A 2 ĐẠI LƯỢNG QUANG - ĐƠN VỊ QUANG

I TRẮC QUANG:

1 Trắc quang khách quan

2 Trắc quang chủ quan

II ĐẠI LƯỢNG QUANG - ĐƠN VỊ QUANG:

1 Thông lượng bức xạ () 5 Độ rọi (E)

2 Hàm số thị kiến 6 Độ trưng (R)

3 Quang thông (F) 7 Độ chói (B)

4 Cường độ sáng (I)

III QUAN HỆ GIỮA CÁC ĐẠI LƯỢNG:

1 Định luật Lămber (Lambert)

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

của mặt được rọi sáng

I TRẮC QUANG:

Về mặt vật lý, AS - bức xạ điện từ khả kiến chỉ là một dải rất hẹp trong toàn phổ bức xạ điện từ, được mắt người và các dụng cụ quang học cảm nhận

Mặt khác, riêng đối với mắt người,

AS còn mang thêm tính chất tâm sinh lý

Do đó trắc quang gồm 2 bộ phận:

1 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)

2 Trắc quang chủ quan:

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

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

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

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

II ĐẠi LƯỢNG QUANG – ĐƠN VỊ QUANG:

1 Thông lượng bức xạ ():

Như ta đã biết, mọi vật ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối (00K) sẽ không ngừng bức xạ năng lượng ra không gian chung quanh dưới dạng sóng điện từ Bất cứ loại sóng điện từ nào cũng mang năng lượng

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)

Thông lượng bức xạ: là lượng bức xạ phát ra trong 1 đơn vị thời gian

 = C.W/t (w) ( 1 watt = 1 J/s = 0,86 Kcal/h)

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

2 .Hàm số thị kiến:

Thông lượng bức xạ chỉ đặc trưng về phương diện năng lượng chứ không đặc trưng cho cảm giác về cường độ sáng mà chùm bức xạ gây ra trên mắt người.

Hai chùm bức xạ đơn sắc có thông lượng bức xạ  như nhau nhưng có bước sóng  khác nhau sẽ gây cho mắt cảm giác về cường độ sáng khác nhau.

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.

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

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.

Hàm số = f() gọi là hàm số

thị kiến và đường cong biểu diễn quan hệ

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.c Hàm số thị kiến:

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

3 Quang thông (F):

Là thông lượng bức xạ trong miền bức xạ khả kiến

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

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)

4 .Cường độ sáng (I) :

a Góc khối (góc đặc)  :

Góc khối nhìn từ O tới mặt dS là phần

không gian giới hạn trong hình nón đỉnh tại O,

có các đường sinh tựa trên chu vi mặt dS

Đơn vị Radian (rad):

Mặt cầu tâm O, bán kính R

dS = R2   = 1 Steradian (Sr)

Đường tròn tâm O, bán kính R

AB = R   = 1 (rad)

Góc phẳng quanh điểm O:

 = 2R / R = 2 (rad)

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)

b Biểu thức góc khối :

Góc khối nhìn từ điểm O tới mặt dS bất

kỳ: dS’ = dS.cos

 d = dS.cos / r 2 (Sr)

c Cường độ sáng (I) :

Là quang thông trên 1 đơn vị góc khối:

I = F /  (1)

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)

 Cường độ sáng I là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của nguồn điểm trên từng phương

Nguồn đẳng hướng:

Đơn vị của cường độ sáng

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

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

5 .Độ rọi (E) :

Là quang thông đến trên 1 đơn vị diện tích của bề mặt nhận sáng:

E = F / S (lux, lm/m2)

 Độ rọi còn gọi là mật độ quang thông đến (quang thông trên 1 điểm)

Quan hệ giữa E và I:

Ta có : F = I. = I S.cos  / r2

 E = F /S = I.cos  / r 2 (lux)

Trong đó:  là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt bị rọi với phương tới của chùm sáng

Vd: Một vài độ rọi thường gặp:

+ Nắng giữa trưa: E = 100.000 lux + Đủ để đọc sách: E = 30 lux

+ Đủ để lái xe: E = 0,5 lux + Đêm trăng tròn: E = 0,25 lux

6 .Độ trưng (R) :

Là mật độ quang thông của bề mặt phát sáng (là lượng quang thông tại 1 điểm):

R = F / S (lm/m2)

(đơn vị của R không có tên riêng).

Nếu mặt nhận sáng rồi phát sáng: R = K E

Với K là hệ số phản xạ () hay xuyên qua ()

(thường thì K < 1).

 Độ trưng là đại lượng đặc trưng độ sáng toàn phần

của nguồn khối hay nguồn mặt

 Ta không thể dùng quang thông F để đặc trưng cho khả năng phát

sáng của nguồn khối hay nguồn mặt vì:

Dù nguồn này phát sáng yếu nhưng nếu kích thước của nguồn lớn thì quang thông toàn phần của nó vẫn có thể lớn hơn quang thông của 1 nguồn khác phát sáng mạnh hơn nhưng lại có kích thước nguồn nhỏ

7 .Độ chói (B) :

Định nghĩa 1:

Độ chói là đại lượng đặc trưng

cho khả năng phát sáng theo

từng phương của nguồn khối

hay nguồn mặt

dB = dI / (dS.cos) (cd/ m2, Nit, Nt)

Trong đó:

dI : là cường độ sáng theo phương

của quang thông

dS : là diện tích mặt phát sáng.

 : là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phát sáng với phương

truyền quang thông

Định nghĩa 2:

Vì : I = F /  và B = I / (S.cos)

 B = F / (.S.cos) (Nt)

 Độ chói là đại lượng vừa biểu thị mật độ góc của quang thông theo phương cường độ sáng I lại vừa biểu thị mật độ bề mặt của quang thông.

Độ chói là đại lượng do mắt người trực tiếp cảm thụ

Nguồn Lămber (Lambert):

Nếu nguồn sáng có độ chói B không phụ thuộc theo phương (B = const) thì được gọi là nguồn Lămber

(J Lambert là nhà toán hoc người Đức 1728-1777).

Chỉ có vật đen tuyệt đối và những vật khuếch tán AS đều theo mọi phương mới là những nguồn Lămber

Nhưng trong thực tế, các bóng đèn phủ magié oxyt hay chụp thủy tinh màu trắng sữa có thể coi gần đúng là những nguồn Lămber

Vd: Độ chói của một số nguồn thường gặp:

Mặt trời giữa trưa: (1  2).10 9 nt Mặt trời mới mọc: 5.10 6 nt Dây tóc bóng đèn: 10 6 nt Đèn néon: 1000 nt Mặt giấy trắng dưới nắng: 30.000 nt Mặt giấy trắng dưới trăng: 0,06 nt

III QUAN HỆ GIỮA CÁC ĐẠI LƯỢNG:

1 Quan hệ giữa nguồn sáng và bề mặt nhận sáng:

2 Định luật Lămber (Lambert):

Đối với các bề mặt phản xạ (hoặc xuyên sáng) khuếch tán hoàn

Với R là độ trưng và B là độ chói của mặt phát sáng

Nếu mặt phản xạ AS sau khi nhận sáng: R = .E = .B

 B = .E /  Tương tự, nếu mặt xuyên sáng: B = .E / 

3 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

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