《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 3-39光的物理度量

光的物理度量光谱光效率事实证明在同样的环境条件下（指环境的明亮或昏暗状况），人们对物体发射或接受的辐射能量相同，但波长不同的光，视觉效果是很不相同的。为了描述人们对不同波长的光具有不同的视觉效果，引入了光谱光效率的概念。光谱光效率是波长的函数，其最大值为1，发生在人们具有最大视觉效果的波长处，偏离该波长时，光谱光效率将小于1。由于光谱光效率反映的是人的视觉效果，各人存在差异，并且人的视觉效果还与环境的明亮程度有关，国际照明委员会CIE根据各国测试和研究的结果，提出了CIE光度标准观察者光谱光效率（即标准眼睛的光谱光效率），并分为在明亮条件下获得的明视觉光谱光效率和昏暗条件下获得的暗视觉光谱光效率，如REF_Ref7738\h图1所示。图1CIE光度标准观察者光谱光效率光通量光通量（luminousflux）是按照国际约定，基于人眼视觉特性评价的辐射能通量（辐射功率），即光源单位时间内所放射出光能量的速率或光的流动速率（flowrate），是衡量光源发光的能力的基本物理量。光通量和辐射通量所描述的是同一个物理概念，只是辐射通量是从纯物理的角度来度量光，而光通量是通过人的眼睛来描述光。根据这一定义，光通量可以由辐射通量及光谱光效率的函数导出 ϕv=Km0∞Φϕ式中ϕv——光通量，ϕe，λ——波长为λ的单色辐射能通量Vλ——CIEKm——最大光谱光视效能，lm/W光视效能K是描述光和辐射之间关系的量，它是与单位辐射通量相当的光通量。但是，K值是随光的波长而变化的，且在某一波长处存在最大值。K（λ）的最大值Km在λ=555nm处，根据一些国家权威实验室的测量结果，国际光度学和辐射度学咨询委员会规定：Km=683lm/W。REF_Ref21577\h式（1）中的积分上下限分别为∞和0、实际上当波长小于380nm和大于780nm时，光谱光效率近似为零，因此即使把上下限换成780nm和380nm，其结果也将相同。光通量的单位是流明（lumen），符号是lm。1流明是发光强度为1坎德拉（candela或candle）的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。在照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量。例如，一只40W白炽灯发射的光通量为350lm而一只40W荧光灯发射的光通量为2100lm，荧光灯发光能力更强，实现相同的光通量，所需功率更小，更节能。照度照度（Luminance）是受照平面上接受的光通量的面密度，即照度是用来表征被照面上接受光的强弱。若照射到表面的一点面元上的光通量为dϕ，该面元的面积聚dA、则 E=dϕdA 照度的单位是勒克斯（lux），符号是lx。1lx等于1lm的光通量均匀地分布在1m2的表面上产生的照度，即1lx=1lm/m²。夏季中午日光下，地平面上照度可达105勒克斯而月光下的照度只有几个勒克斯。照度可直接相加，如某个点被多个光源照射，每个光源对该点的照度为Ei，则该点的总照度E为 E=i=1nE照度单位除了勒克斯lx外，还有辐透ph、英尺烛光fc等，各单位之间的换算关系如下：1lx=104ph=10.764fc发光强度点光源在给定方向上的发光强度（luminousintensity，candlepower），是光源在这一方向上的立体角内发射的光通量与该立体角之商，符号为I，即 I=dϕdΩ 式中I——发光强度，单位是坎德拉，cd；Ω——立体角，单位是球面度，sr。发光强度的单位是坎德拉，在数量上1坎德拉等于1流明每球面度（1cd=1lm/sr）。坎德拉是我国法定单位制与国际SI制的基本单位之一，其他光度量单位都是由坎德拉导出的。1979年10月第10届国际计量大会通过的坎德拉定义如下：一个光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，若在一定方向上的辐射强度为1683W/sr，则光源在该方向上的发光强度为1cd。发光强度常用于说明光源发出的光通量在空间各方向或在选定方向上的分布密度。例如，一只40W白炽灯泡发出350lm光通量，裸灯泡的平均发光强度为350/4π=28cd；在裸灯泡上面装一盏白色搪瓷平盘灯罩，灯的正下方发光强度能提高到70~80cd光亮度光源或受照物体反射的光线进入眼睛后在视网膜上成像，使人们能识别它的形状和明暗。视觉上的明暗知觉取决于进入眼睛的光通量在视网膜物像上的密度——物像的照度。决定物体的明暗的两个因素：一是物体（光源或受照体）在指定方向上的投影面积，这决定物象的大小；二是物体在该方向的发光强度，这决定物象上的光通量密度。光亮度（简称亮度）则是描述该现象的光度量。光亮度是表征发光面发光强弱的物理量，光亮度是一单元表面在某一方向上的光强密度。它等于该方向上的发光强度与此面元在这个方向上的投影面积之商： L=dIdA∙cosθ式中L——光亮度，公制单位是坎德拉每平方米，cd/m²。一个物体，不同方向的光亮度往往不同。REF_Ref22047\h式（5）定义的光亮度是一个物理量，它