Взаимодействие света с веществом

При падении светового потока Ф на освещаемое тело часть потока Ф_i проходит сквозь тело, часть потока отражается Ф_r, часть потока Ф_a поглощается телом (рисунок 46).

На основании закона сохранения энергии:

(52)

Разделив обе части этого равенства на Ф получим

(53),

где r – коэффициент отражения тела; t – коэффициент пропускания тела; a – коэффициент поглощения.

В таблице 10 приведены коэффициенты r, t, и a для различных материалов.

Таблица 10

Коэффициенты r, t, a различных материалов.

Каждое тело имеет коэффициенты r, t, и a, которые характеризуются отношением соответствующей части светового потока к падающему световому потоку Ф. Для проектировщика наибольший интерес представляют явления пропускания света (в ограждающих конструкциях окон, фонарей, витражей и т.п.) и отражения.

Различают три основных вида отражения и пропускания света. Схемы пропускания света различными телами приведены на рисунке 37.

а

б

Рисунок 37 – Схема пропускания светового потока:

а – полное, б – частичное, в – диффузное.

Схемы отражения света от непрозрачных поверхностей (рисунок 38).

а

Рисунок 38 – Схема отражения светового потока:

а – зеркальное, б – направленное, в – диффузное.

Коэффициент поглощения a влияет:

1) на повышение температуры тела;

2) на фотоэффект (фотоэлемент в сети);

3) на фотохимические процессы (люминесценция);

4) на фотобиологические процессы (например, зрительные реакции).

Зрение – чрезвычайно сложный процесс. Это необходимо учитывать проектировщику, архитектору, определяющим в проекте образ бедующего здания. С учетом оптических свойств глаза человека важно знать о зрительных иллюзиях и искажениях – увеличение или уменьшение глубины пространства, искажение масштаба, пропорций и архитектоники интерьеров зданий и сооружений.

К иллюзиям, зависящим от физиологии глаза, относятся явления иррадиации (светлые предметы кажутся большими по сравнению с равными им, но темными предметами), и дифракции (проявляется в отклонении световых лучей от прямолинейного распространения при встрече с преградой).

Законы зрительного восприятия умело использовали древние архитекторы. Эффект парения купола собора св. Софии в Константинополе был достигнут подбором размеров окон и простенков в основании купола.

Полный световой поток в помещении

Рисунок 39 – Схема к определению полного светового потока

в помещении

Общий световой поток Ф в любой точке состоит из двух основных составляющих: прямого светового потока Ф_t и отраженного Ф_о.

(53)

При определении полного светового потока Ф в помещении следует учитывать коэффициент светопропускания t. Для заполнения светового проема с тройным остеклением (рисунок 40) световой поток Ф_t, прошедший в помещение, определяется по формуле:

(54)

где n – количество стекол в заполнении светопроема.

Рисунок 40 – Схема к определению светового потока, прошедшего в помещение через заполнение светового проема

Оценка световой среды

Световая среда в помещении существенно влияет на психофизиологическое состояние человека. От нее зависит производительность труда, качество выпускаемой продукции и состояние здоровья людей. Поэтому проектирование естественного освещения не должно сводиться только к выбору размеров, формы и расположения световых проемов. Необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на световую среду.

1. Для оценки условий освещения требуется учитывать необходимый уровень освещенности на рабочей поверхности – КЕО.

Естественное освещение помещений различают: боковое – через окна в наружных стенах; верхнее – через световые фонари и проемы в покрытии и комбинированное – когда к боковому освещению добавляют верхнее.

Значение КЕО в любой точке помещения определяется по формуле:

(55)

При проектировании световой среды учитывается не только архитектурный образ здания, но и его назначения. Значение КЕО для различных помещений нормировано.

2. По степени освещенности все помещения можно разделить на три группы: помещения с хорошей и равномерной освещенностью по всей площади (производственные, учебные, спортивные и другие помещения); помещения с неравномерным освещением (музейные и выставочные залы); помещения, где допускается небольшая неравномерность освещения (жилые и конторские помещения).

3. Существенную роль играет контрастность освещения. Контраст определяется разностью яркостей между предметом и фоном:

(56)

где L_п, L_ф – яркости, соответственно предмета и фона.

По величине К различают:

– контраст большой К > 0,5;

– контраст средний К = 0,2–0,5;

– контраст малый К £ 0,2;

– нюанс К < 0,2.

Благоприятные условия работы в помещении обеспечиваются при соотношениях яркости потолка, стен и пола, аналогичных природным.

4. При наличии в помещении полированных каменных или металлических, стеклянных, то есть зеркально отражающих поверхностей возможно неприятное ощущение, дискомфорт от бликов на окружающих поверхностях (отраженная блескость).

Критерием оценки отраженной блескости служит показатель дискомфорта М; а слепящего действия – показатель ослепленности Р.

Для устранения или ограничения отраженной блескости возможно определить направление света, при котором зеркально отражаемые лучи не попадали в глаза человека; увеличить размеры светящей поверхности с уменьшением ее яркости; изменить расположение бликующей поверхности.

5. Спектральный состав светового потока существенно влияет на цветность и цветопередачу. При этом цвет – одна из главных характеристик световой среды, определяющая эмоциональное воздействие среды на человека.

6. Видимый свет в результате взаимодействия с материальной средой воздействует на органы зрения. Более 80 % информации об окружающем предметном мире человеку обеспечивают информативные функции света, характеризующиеся возникновением зрительных образов.

Деление критериев оценки освещения на количественные и качественные весьма условно. Как рассмотрение их в отдельности, так как все они взаимосвязаны и взаимозависимы.