光的基础知识和度量方法

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：光强I光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度，简称光强。为了对光源的显色性进行定量，引入显色指数的概念。以标准光源为准，将其显色指数定为100，其余光源的显色指数均低于100。灯具效率是指在规定条件下测得的灯具所发射的光通量值与灯具内所有光源发出的光通量测定值之和的比值。

1.光的概念

人们之所以能够看到客观世界中斑驳陆离、瞬息万变的景象，是因为眼睛能够接收物体发射、反射或散射的光。光是一种常见的能量。当光源发射能量时，即使没有任何中间媒质，也能向外传播。光以能量形式的发射和传播过程，称为辐射。光在一种介质（或无介质）中传播时，其传播路径是直线，并称之为光线。

现代物理学证实，光在传播过程中主要显示出波动性，而在光与物质的相互作用中，主要显示出微粒性，即光具有波动性和微粒性的二重性。与之相对应的，关于光的理论也有两种，即光的电磁理论和光的量子理论。

2.光的基本度量

（1）光通量

光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量（单位为lm（流明））。一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。例如，一只40W的普通白炽灯的光通量为350～470lm；而一只40W的普通直管形荧光灯的光通量为2800lm左右，为白炽灯的6～8倍。

（2）光强I

光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度，简称光强（单位为cd（坎德拉））。1cd＝1lm/1sr。

（3）照度E

单位被照面积上接收到的光通量称为照度（单位为lx（勒克斯）），即1lx（勒克斯）＝1lm/m²夏季阳光强烈的中午地面照度约为5000lx，冬天晴天时地面照度约为2000lx，晴朗的月夜地面照度约为0.2lx。

（4）光效

光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（W）的比值，称为该光源的光效，单位为流明/瓦（lm/W）。

（5）亮度L

光源在某一方向上的亮度（单位为nt（尼特））是光源在该方向上的单位投影面积、单位立体角中发射的光通量。如果把每一物体都视为光源的话，那么亮度描述了该光源光亮的程度，而照度正好把每一物体都作为被照物体。用一块木板来说明，当一定光束照到木板时称木板有多少照度，而木板将多少光束反射到人眼，就称木板有多少亮度，即亮度等于照度乘以反射率。在同一房间的同一位置，一块白布和一块黑布的照度是相同的，而亮度是不同的。1nt＝1cd/m²。

（6）色温

当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温（CT），用绝对温度K表示。黑体辐射理论建立在热辐射基础上，所以白炽灯类的热辐射光源的光谱功率分布与黑体在可见区的光谱功率分布比较接近，都是连续光谱，用色温的概念完全可以描述这类光源的颜色特性。

当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温（CCT），单位为K。由于气体放电光源一般为非连续光谱，与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合，所以采用相关色温来近似描述其颜色特性。色温（或相关色温）在3300K以下的光源，颜色偏红，给人温暖的感觉。色温超过5300K时，颜色偏蓝，给人清冷的感觉。通常气温较高的地区，多采用色温高于4000K的光源。气温较低的地方，则多用4000K以下的光源。

（7）显色指数

太阳光和白炽灯均辐射连续光谱。物体在太阳光和白炽灯的照射下，显示出其真实颜色，但当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下时，颜色就会有不同程度的失真。把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性。为了对光源的显色性进行定量，引入显色指数的概念。以标准光源为准，将其显色指数定为100，其余光源的显色指数均低于100。显色指数用Ra表示，Ra值越大，光源的显色性越好。

（8）平均寿命

平均寿命是指一批灯中有50%的灯损坏不亮时所点亮的小时数。

（9）经济寿命

经济寿命是指在同时考虑灯泡的损坏及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至特定比例时的小时数。该比例用于室外的光源为70%，用于室内的光源（如荧光灯）为80%。

（10）效率

光源发光效率是指一个光源所发出的光通量与该光源所消耗的电功率P之比。

灯具效率是指在规定条件下测得的灯具所发射的光通量值与灯具内所有光源发出的光通量测定值之和的比值。

（11）眩光

视野内有亮度极高的物体时，会造成视觉不舒适，称为眩光。眩光分为失能性眩光和不舒适性眩光。眩光是影响光源质量的重要因素。

光的基础知识和度量方法

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