Giáo trình kỹ thuật chiếu sáng

Giáo trình kỹ thuật chiếu sáng

Chương mở đầu: ÁNH SÁNG VÀ TỰ NHIÊN. §1. ÁNH SÁNG LÀ GÌ? *Ánh sáng là sóng điện từ - Là các nguồn bức xạ điện từ trong tự nhiên , nhân tạo.Các BXĐT có bước sóng α rất rộng mà ánh sáng chỉ là một phần trong đó.tốc độ truyền của ánh sáng :- -.Tốc độ truyền của ánh sáng : C=γ. α Trong đó γ là tần số ánh sáng. -Ngoài tính chất hạt tính chất điện t ừ được thể hiện bằng 2 vectơ cường độ từ trường E và B lan truyền và suy giảm dần trong không gian theo luật hình sin -Ánh sáng tự nhiên là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc. 1 Hồng ngoại Đỏ M tím Quang phổ :Tím , xanh da trời , xanh lam,vàng cam, đỏ. Theo tiêu chuẩn quốc tế (CIE) đưa ra tiêu chuẩn phối màu: 555nm là bước sóng có khả năng gây cảm giác thị giác tốt nhất §2 CƠ CẤU CỦA MẮT. • Cấu tạo của mắt : Thủy tinh thể vùng ngoài A Vùng giữa B Võng mạc Nhãn cầu -Nhãn cầu thực chất là một thấu kính mềm có khả năng điều tiết tiêu cự của nó để hướng độ sáng của nó vào võng mạc -Võng mạc là nơi tập trung các thần kinh thị giác .Có 2 loại chính : 2 380 439 498 568 592 631 780 nm 555 Tử ngoại Xanh Xanh lục Vàng Cam Đỏ Hồng ngoại 412 470 51.5 577 600 673 +Vùng tập trung cỡ 7 triệu noron thần kinh hình nón dùng đẻ cảm thụ mức chiêu sáng cao ,có chức năng thị giác ánh sáng vào ban ngày và màu của sự vật . +Vùng ngoài (xung quanh) tập trung 120 triệu noron thần kinh hình que dùng để tri giác ánh sáng ở mức thấp chỉ nhận thức được mức độ trắng sáng hay tối của mắt. §3.TÍNH NĂNG NHÌN RÕ CỦA MẮT -Do các tế bào hình nón tập trung ở giữa võng mạc nên mắt và tri giác được rõ nét hình ảnh các tia sáng tập trung vào giữa võng mạc .Nói cách khác khi chúng ta nhìn 1 sự vật chúng ta không tri giác màu sắc của sự vật lân cận . -Năng lực nhìn , các thí nghiệm cho thấy mắt co khả năng quan sát phân biệt được hai điểm quan sát sai lêch nhau 0,017 độ(góc α). -Tính năng nhìn của mắt được đánh giá bởi hàm Vphụ thuộc bước sóng ánh sáng V(α) nói lên khả năng quan sát của người. V=1 tức nhin rõ 100%. V=0 không nhìn thấy gì . → Tính năng nhìn của mắt rất phụ thuộc vao bước sóng → khái niệm đường cong hiệu quả V(α) phân biệt giữa ngày và đêm. Ban đêm Ban ngày α(nm) Chương 1: CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO ÁNH SÁNG 3 Các đại lượng ánh sáng :Quang thông Ф Độ rọi E Cường độ I Độ chói L Định luật Dalambert cho mối quan hệ giữa Lv §1 . QUANG THÔNG . *Mọi bức xạ điện từ nói chung gây ra các hiệu ứng khác nhau :hóa , nhiệt , điện từ …với dải tần rất rộng .Nếu gọi W(λ)là phổ tần năng lượng của ánh sáng thì tồng năng lượng của nguồn bức xạ W= 0 w( ∞ ∫ α)dα Tuy nhiên trong đó chỉ một phần W= 780 380 w( ∫ α)dα là năng lượng tạo ra ánh sáng.Nhưng xét đến tính năng của mắt ,xétđến năng lượng gây ra hiệu ứng nhìn thấy cho mắt người ta đinh nghĩa Ф= 780 380 w( ∫ α).V(α).dα –Quang thông nguồn bức xạ → là phần năng lượng thực sự gây hiệu ứng nhìn thấy cho mắt. [Ф]-lin(lumen). Định nghĩa quang thông: Quang thông của nguồn sáng là tổng thông năng lượng gây hiệu quả ánh sáng với mắt người nó biểu diễn phần năng lượng của nguồn tạo ra ánh sáng nhìn thấy *Hiệu suất phát quang : Định nghĩa: Nếu 1 nguồn sáng tiêu thụ công suất là P(w) và quang thông có thông lượng là Ф thì tỉ số : 4 η = ∅ ρ [ lm\w] được gọi là hiệu suất phát quang của nguồn. → là chỉ số quan trọng nói lên tính kinh tế của nguồn . VD: Đèn sợi đốt 220v/100w → Ф= 1390lm 220v/40w → Ф=430lm ⇒ ηđèn sợi đốt =(1520)lm/w ηhuỳnhquang=(60:80) lm/w. §2. CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG. *Góc khối . -Nếu từ tâm O của quả cầu bán kính R chúng ta nhìn thấy diện tích S trên mặt cầu thì người ta định nghĩa : Ω= 2 S R -Góc khối steradian. Biết Scầu=4п . R 2 ⇒ Ωđầy=4п(steradian). →Nhận xét :-Nếu chúng ta nhìn sự vật dưới cùng một góc khối Ω khoảng cách tăng lên k lần diện tích tăng lên k 2 lần. *Cường độ ánh sáng I: đặc trưng cho mức độ ánh sáng ánh sáng theo các phương khác nhau. -Nói chung ánh sáng không phải phát đi như nhau theo các phương khác nhau vì vậy để đặc trưng cho thông lượng ánh sáng theo một phương nào đó -Xét nguồn sáng ∆S góc khối ∆Ω: 5 ΔФ ΔS Cường độ sáng phát về điểm A: I= 0 lim ∆Ω→ ∆∅ ∆Ω = d d ∅ Ω .→thực chất I chính là quang thông phát đi theo 1 phương . [I]=cd -Định nghĩa candela:là cường độ ánh sáng theo một phương của nguồn bức xạ ,ánh sáng đơn sắc có bước sóng α=555nm và cường độ năng lượng theo phương này bằng 1/683(W/Sr); VD:Nếu I=0.8cd(theo mọi phương Đèn sợi đốt 40W/220V I=100cd Đèn sợi đốt 300W/220V I=100cd đến 150 cd khi lắp trong bộ đèn . Đèn dẳng hướng , Biết quang thông Ф: I= d d ∅ Ω .→ dФ=IdΩ→Ф=I 4 0 π ∫ dΩ=4пI.→I= 4 π ∅ . +Thực tế thường gặp đèn đặt trong quả cầu mà có hệ số thấu quang ﺡ >1) 0.7 đến o.9) ta có : I=τ.Ф\4п; +Đèn đặt trong bộ đèn (chao đèn ) Ta định nghĩa đường cong trắc quan là đường cong cho quan hệ I(γ ) –γ góc dư vĩ. →cho phân bố I trong tọa độ cực . →Đường trắc quang là thông số đầu tiên và quan trọng nhất trong một bộ đèn →cho biết phân bố quang thông của một bộ đèn trong không gian . -Tính Ф: 6 Mọi đường cong trắc quang đều cho với một nguồn sáng tiêu chuẩn 1000lm đặt trong bộ đèn . ⇒ quang thông của bộ đèn : Ф= 4 0 π ∫ I dΩ. §3. ĐỘ RỌI . 1 -Độ rọi trung bình : -Xét mọt nguồn sáng phát thông lượng ánh sáng Ф xuống diện tích S Ф nguồn sáng -Định nghĩa độ rọi E trên mặt phẳng S E= S ∅ (lm/ 2 m ) -Ý nghĩa :đặc trưng cho mức độ được chiếu sáng của sự vật .Vì vậy nó là đại lượng rất quan trọng đánh giá chỉ tiêu chiếu sáng của một không gian .Vì vậy trong thiết kế chiếu sáng nội thất đây là chỉ tiêu tiêu chuẩn đầu tiên được quan tâm . -Độ rọi cho các không gian tiêu chuẩn khác nhau được tra trong các bảng TCVN,CIE. VD:phòng học 300 ÷ 500 lux. Phòng triển lãm 600 ÷ 1000 lux. 2 –Độ rọi trên một điểm. n t dS -Xét nguồn sáng đặt tại O A α=( I r , n r ); 7 S dΩ nhìn tích là ds.cosα (diện tích đường bao). Có: dΩ=cosα. 2 dS r Mặt khác : dФ=IdΩ Lại có: EA= d dS ∅ = 2 cosI r α *Đèn treo trên cột: d Ea= 2 cosI d α = ( ) 3 2 cos d α Ví dụ: Cho đèn 220V/150W(không có chao) h=4m, AH=3m. Tính EA. Cosα= 2 2 4 3 4+ = 4 5 ; §4. ĐỘ CHÓI. 1-.Độ chói khi nhìn trực tiếp vào nguồn sáng. -Đo mức độ gây ra hiện tượng lóa mắt. -Khi ta nhìn vào nguồn sáng mà ta cảm nhậ được sự chói không chỉ phụ thuộc vào cường độ I mà còn phụ thuộc vào cách nhìn liên quan đến góc quan sát đến diện tích của mặt quan sát . -Nếu chúng ta quan sát mặt dS ( I r ) dưới góc nghiêng α thì độ chói mà ta nhận được chính là tỉ số giữa cường độ sáng của nguồn và diện tích mà ta quan sát được. 8 h L= S os dI d c α (cd/m 2 ) - Trong trường hợp chung nếu ánh sáng có phân bố I đều có diện tích phát sáng lá S thì : L= I S .; - Một số diện tích biểu biến thường gặp +Đèn cầu :S=п . 2 R . +Đèn huỳnh quang : S=l.d VD:Tính L của đèn cầu có D=0,1m trắng , τ =0.75.trong đặt một bóng huỳnh quang.P=80W. Với P=80W tra bảng ta có Фlm=3850(lm) I= τ Ф/4п=230(cd) L=I/Sbk=25 →lớn τ Þ gây chói mắt . -Theo tiêu chuẩn Lgh=500cd/ 2 m Lmin= 5 10 - cd/ 2 m 2-Độ chói khi quan sát một vật được chiếu sáng.Định luật Lambert. a-Phản xạ khuyếch đại hoàn toàn. -Xét một bề mặt được chiếu sáng bởi nguồn sáng S khi đó nguồn sáng có cách ứng xử khác nhau. +Nếu được cấu tạo bởi các hạt mịn đồng nhất phẳng thì sẽ có hiện tượng phản xạ khuyếch tán hoàn toàn xảy ra .Có đặc điểm : 9 +Độ chói L của nguồn sáng gây ra không đổi và như nhau ở mọi phương diện nhìn. +Vector do S gây ra có phân bố tạo thành một mặt cầu tiếp xúc với điểm tới của tia sáng và có đường kính L.S +Có cường độ của tia sáng I α =L.Scosα . -Tính L: +Định luật lambert :trong trường hợp có phản xạ khuếch tán hoàn toàn lên mặt phẳng có hệ số phản xạ là ρ độ rọi là thì độ chói là do mặt phẳng gây ra : E.ρ=Lп →Định luật này cũng đúng với trường hợp là nguồn sáng (tức ánh sáng đi qua một vật liệu cho phép ánh sáng đi qua với mức độ τ xuyên sáng . Khi đó: τE = LI 2 Ví dụ : Xét tờ giấy trắng có hệ số phản xạ ρ = 0.7 , nếu được chiếu sáng E = 600 L = E p ρ = 0, 7.600 p = 133.7 §.5 ĐỘ TƯƠNG PHẢN –TÍNH NĂNG NHÌN ĐỘ NHÌN RÕ. 10 . một vật được chiếu sáng. Định luật Lambert. a-Phản xạ khuyếch đại hoàn toàn. -Xét một bề mặt được chiếu sáng bởi nguồn sáng S khi đó nguồn sáng có cách. lạnh ,màu dùng cho những nơi có mức chiếu sáng cao. 2.-Chỉ số hoàn màu Ra -Cùng một sự vật được chiếu sáng bằng các nguồn sáng khác nhau thì sẽ thể hiện các