SLIDE BÀI GIẢNG_VẬT LÝ KIẾN TRÚC QUANG HỌC KIẾN TRÚC

QUANG HỌC KIẾN TRÚC


Tài liệu tham khảo


Phần 1: NHỮNG KIẾN THỨC CHUNG VỀ KỸ THUẬT CƠ SỞ CỦA
NGHỆ THUẬT CHIẾU SÁNG
v Khái niệm về bản chất ánh sáng
v Đại lượng và đơn vị đo ánh sáng
v Tính chất phát sáng của vật liệu – Độ nhìn và
nhân tố ảnh hưởng
Phần 2: CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
v Ánh sáng mặt trời
v Trình tự thiết kế chiếu sáng tự nhiên
Phần 3: CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO
v Chiếu sáng nhân tạo
v Trình tự thiết kế chiếu sáng nhân tạo


NHỮNG KIẾN THỨC CHUNG VỀ
KỸ THUẬT CƠ SỞ CỦA NGHỆ
THUẬT CHIẾU SÁNG


BÀI 1:

KHÁI NIỆM VÀ BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG

Bài 1:
KHÁI NIỆM

VÀ BẢN
CHẤT CỦA
ÁNH SÁNG








I.

Sóng điện từ, sự tạo thành sóng điện từ

Dùng một nguồn điện xoay chiều cao tần nối qua 2 ống dây tự cảm
L và L’ tới 2 thanh kim loại D và D’. Trên 2 đầu thanh gắn 2
quả cầu A và B khá gần nhau.
Điều chỉnh hiệu điện thế và khoảng cách A - B để xuất hiện hiện
tượng phóng điện giữa A và B
Điện trường xuất hiện giữa A và B biến thiên theo thời gian
(dòng điện xoay chiều), khi đó dùng dụng cụ đo lường sẽ phát
hiện thấy tại mọi điểm M trong khơng gian đều có cặp vecto:
Vecto cường độ điện trường E
Vecto cường độ từ trường H cũng biến thiên theo thời gian.


Thí nghiệm trên chứng tỏ điện trường biến thiên tạo ra
từ trường biến thiên đã được truyền đi trong không
gian.

Do tác dụng từ của dòng điện, xung quanh điện trường
biến thiên xuất hiện một từ trường biến thiên, vecto
cường độ từ trường H biến thiên tuần hoàn theo thời
gian.
Do hiện tượng cảm ứng điện từ, từ trường biến thiên này
lại làm xuất hiện chung quanh nó một điện trường xốy,
tức là làm xuất hiện các vecto điện trường E biến thiên
theo thời gian. Điện trường này lại tạo ra quanh nó một
từ trường biến thiên.
Hiện tượng này xuất hiện liên tiếp, kết quả là điện từ
trường biến thiên lan truyền đi trong khơng gian, tạo
thành sóng điện từ. Như vậy sóng điện từ là trường điện
từ biến thiên lan truyền trong không gian.


Mọi vật trong tự nhiên luôn luôn bức xạ năng lượng ra chung
quanh. Năng lượng bức xạ truyền đi trong khơng gian dưới
dạng sóng điện từ. Sóng điện từ là trường điện từ biến thiên
lan truyền trong khơng gian
Sóng điện từ có tần số f khác nhau có thể có những tính chất
khác nhau.
Thường phân loại sóng điện từ theo bước sóng 𝛌 :

ØSóng
điện từ bước
sóng 𝛌 bằng vài cm tới
vài km là những sóng vơ
tuyến điện. Vơ tuyến
truyền thanh dùng sóng
từ 11m – 2km, vơ tuyến

truyền hình dùng sóng
m. Vơ tuyến định vị
(radar) dùng sóng cm.


Ø Những bức xạ điện từ có
bước sóng 𝛌 = 380m 𝛍 760m𝛍:
1𝛍 =10-6m = 10-3mm;
1m𝛍 = 10-9m = 10-3 𝛍 gây cho
mắt một cảm giác sáng.
Những bức xạ có 𝛌 >760m 𝛍
gọi là bức xạ hồng ngoại,
bức xạ có 𝛌 < 380m𝛍 gọi là
bức xạ tử ngoại. Bức xạ
hồng ngoại và tử ngoại mắt
đều khơng nhìn thấy được.
Trong phạm vi bức xạ điện từ nhìn thấy được, bức xạ có bước sóng
khác nhau cho cảm giác màu sắc khác nhau.
Tập hợp mọi bức xạ trong miền thấy được, từ bức xạ màu đỏ 𝛌 =
760m𝛍 đến bức xạ màu tím 𝛌 = 380m𝛍 tạo thành ánh sáng trắng.


II. Những tính chất chung của sóng điện từ
Ø Sóng điện từ tồn tại trong môi
trường chất và cả trong mơi trường
chân khơng.
Ø Sóng điện từ là sóng ngang: dao
động của các vecto E và H vng
góc với phương truyền sóng.
Ø Vận tốc truyền sóng điện từ trong

mơi trường chân khơng lớn nhất so
với truyền trong mơi trường khác.

Ø Sóng điện từ lan truyền khơng có liên quan gì với mọi q
trình chuyển động của các phần tử trong mơi trường sóng.
Vì vậy sóng diện từ truyền được trong mơi trường chân
không


Sóng điện từ phẳng đơn sắc:
Sóng điện từ phẳng đơn sắc là sóng có một tần số f xác định,
cũng tức là có một chu kỳ T xác định:

𝟐𝛑

T =𝛚

Trong đó :
ω: là vận tốc góc
Trong mơi trường xác định, có bước sóng λ xác định: 𝛌 = CT
C: vận tốc lan truyền sóng
Trong mơi trường đồng chất và
đẳng hướng, nguồn sóng là nguồn
điểm, ở những vị trí gần tâm
sóng, mặt sóng là những mặt cầu
có tâm là nguồn sóng, phương
truyền sóng trùng với bán kính
xuất phát từ nguồn. Ở những vị
trí xa nguồn sóng, có thể coi
mặt sóng là những mặt phẳng

song song nhau và vng góc với
phương truyền sóng (tia sóng).
Sóng điện từ phẳng đơn sắc vừa tuần hồn theo thời gian (t) vừa
tuần hồn theo khơng gian (x) có thể mơ tả trong toạ độ 3 chiều


III.Phân loại sóng điện từ

Sóng điện từ có tần số f hoặc bước sóng λ khác nhau có thể
có những tính chất khác nhau



Thơng thường phân loại sóng điện từ theo giá trị chiều dài bước
sóng λ:
Sóng điện từ có bước sóng từ vài km tới vài cm là những sóng vơ
tuyến điện
• Vơ tuyến truyền thanh dùng sóng từ 2km tới 11m
• Vơ tuyến truyền hình dùng sóng met
• Vơ tuyến định vị (rada) dùng sóng cm
Những sóng điện từ ngắn hơn λ = 0,38 – 0,76µ là những bức xạ nhìn
thấy được (ánh sáng). Những bức xạ này có chu kỳ rất bé, khoảng
15!"# sec


Những bức xạ điện
từ có bước sóng λ
> 0,76µ gọi là bức
xạ hồng ngoại.
Những bức xạ điện

từ có bước sóng λ
< 0,38µ gọi là bức
xạ tử ngoại.
Tia Rơnghen (cịn gọi là tia X) phát ra từ những vật rắn
dưới tác dụng của chùm tia âm cực, và những tia bức xạ γ
phát ra từ những chất phóng xạ tự nhiên cũng là những sóng
điện từ có bước sóng vào khoảng 2.10!"" m và nhỏ hơn nữa.
Mọi vật trong tự nhiên đều có nhiệt độ cao hơn độ 0 tuỵêt
đối, cho nên luôn luôn bức xạ năng lượng ra xung quanh,
năng lượng này gọi là năng lượng bức xạ. Năng lượng bức
xạ lan truyền đi trong khơng gian dưới dạng sóng điện từ.


IV. Ánh sáng – bức xạ điện từ khả kiến

Ánh sáng chỉ chiếm một dãi rất hẹp trong phổ bức xạ sóng điện
từ, có bước sóng liên tục từ 380m µ tới 760m µ , ứng với dãi màu:
tím, lam, xanh,lục, da cam, hồng, đỏ.
Ánh sáng ban ngày mà mắt chúng ta nhìn thấy được là tập hợp liên
tục những bức xạ điện từ đơn sắc từ màu tím đến màu đỏ.
Một bức xạ điện từ có bước sóng λ xác định trong miền khả biến,
khi tác dụng vào mắt người sẽ tạo một cảm nhận màu sắc xác định.


V.

Định luật cơ bản của quang hình học

1- Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng
Trong môi trường trong suốt

đồng chất và đẳng hướng, ánh
sáng
truyền
theo
đường
thẳng.
Khi ánh sáng mặt trời lọt
qua khe cửa, ánh sáng đèn
pha oto… tạo thành những vệt
sáng thẳng.
Phương truyền ánh sáng gọi
là tia sáng.
Khi ánh sáng truyền qua lỗ hở nhỏ hoặc đi qua vật chắn có kích
thước nhỏ hơn hoặc cỡ bước sóng ánh sáng thì định luật này
khơng cịn đúng nữa, khi đó phải dùng nguyên lý của quang học
sóng mới lý giải được.
2- Định luật về tác dụng độc lập của tia sáng
Tác dụng của các chùm tia sáng khác nhau hoàn toàn độc lập đối
với nhau. Nghĩa là tác dụng của chùm tia sáng này khơng phụ thuộc
vào sự có mặt hay khơng có mặt của những chùm sáng khác.


3-

Hai định luật về sự phản xạ và khúc xạ của ánh sáng Descarte

Khi tia sáng OI tới trên mặt phân cách
giữa 2 môi trường trong suốt, đồng chất và
đẳng hướng thì tia sáng OI tách ra làm 2
tia.

Ø Tia phản xạ IR1
Ø Tia khúc xạ IR2
Đồng thời tuân theo 2 định luật sau đây:
Định luật Descarte 1:
Tia phản xạ IR1 nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và
pháp tuyến IN. Góc tới – góc phản xạ (i1 = i’1).


Định luật Descarte 2:
Tia khúc xạ cũng nằm trong mặt
phẳng tới OIN nhưng ở phía bên
kia của mặt phân cách n – n.
!"# "!
!"# ""

= n21

n21: chiết suất tỷ đối của môi
trường 2 đối với môi trường 1

Như vậy giá trị n21 phụ thuộc vào bản chất của 2 môi trường
(môi trường tia sáng tới và môi trường tia sáng khúc xạ)
!"# "!
!"# ""

= n21

> 1; i1 > i2 tia khúc xạ gập lại gần pháp tuyến IN

Nếu n21 < 1 tức là i1 < i2 tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến

i2max = 𝜋 /2 khi đó tia khúc xạ IR’2 tựa sát vào mặt phân cách
giữa 2 môi trường.