电气照明技术第一章课件

教材及参考书籍教材：谢秀颖，电气照明技术（第二版），中国电力出版社参考书籍：肖辉，电气照明技术（第二版），机械工业出版社夏国明，电气照明技术（第二版），中国电力出版社赵德申，建筑电气照明技术，机械工业出版社考核方式期末考试（80%）+平时考查（20%）平时考查的形式：习题+不定期签到概述什么是照明？什么是电气照明技术？电气照明技术在本专业中的地位电气照明技术课程的主要内容和教学目标什么是照明？利用人工光或自然光，或提供人们足够的照度（一般照明），或提供良好的识别（道路照明、广告标示等），特征的强调（建筑照明、重点照明等），或创造舒适的光环境（住宅照明等）、营造特殊的氛围等（商业舞台照明），及其他特殊目的（生化、医疗、植物栽培等）的手段。什么是电气照明技术？电气照明指利用电能转变为光能，进行人工照明的各种设施。电气照明技术是指选用合适的灯具和合理的布局方式，以实现对光的控制和分配。涉及电学、光学、生理学、心理学等学科高压钠灯高压钠灯高压钠灯高压钠灯高压汞灯高压汞灯高压汞灯高压汞灯课程在专业中的地位与作用光光源源与与照照明明专专业业培培养养目目标标：本本专专业业培培养养基基础础扎扎实实、实实践践能能力力强强、综综合合素素质质高高，掌掌握握照照明明用用光光源源尤尤其其是是半半导导体体照照明明的的物物理理基基础础、电电路路驱驱动动、发发光光材材料料、灯灯具具设设计计及及照照明明检检测测的的基基础础知知识识，能能够够在在半半导导体体照照明明行行业业从从事事新新型型照照明明产产品品的的相相关关研研发发设设计计、制制造造应应用用和和技技术术管管理理等等工工作作的的复复合合型型高高级级工工程技术人才。程技术人才。课课程程在在专专业业中中的的地地位位：基基础础课课程程，介介绍绍了了本本专专业业涉涉及及的的各各种种电电光光源源以以及及各各种种照照明明设设计计原原理理，为为后后续续课课程程及及就就业业打打下下基础。基础。相相关关课课程程：光光源源与与照照明明概概论论、气气体体放放电电物物理理、色色度度学学、光光源与照明检测技术、灯具设计实践等。源与照明检测技术、灯具设计实践等。课程内容和目标照明技术基本知识电光源和照明灯具照度计算照明设计照明设计实例基础知识照度计算照明设计第一章 绪论光光与视觉光与颜色绿色照明第一节 光光的本质：电磁波（电磁辐射），能量的一种存在形式光的理论描述：微粒论（牛顿）、波动论（惠更斯）、电磁波理论（麦克斯维尔）、量子论（普朗克）可见光：380780 nm（紫外：100 380 nm；红外：780 nm 1 mm）光的辐射特性辐射能量Qe：光源辐射出来的光的能量，单位J。辐射通量（辐射功率）e：光源在单位时间内辐射出去的总能量，单位W。光谱辐射通量光谱辐射通量：单位波长间隔内的辐射通量，单位W/m。辐射通量的光谱分布：辐射通量随波长随波长变化的规律，常用曲线表示。实际测量是将波长分成若干波长段（5 10 nm），测量每一波长段的辐射通量。光谱光效能K()：度量由辐射能所引起的视觉能力，单位lm/W。光谱光效率V()：Km是人眼在555 nm（黄绿光）下的光谱光视效能（明视觉条件下）或者在507nm下的光谱光视效能（暗视觉条件下），K()是在波长下的光谱光视效能。常用的光度量光通量：单位时间内光辐射能量的大小，是说明光源发光能力的基本量，单位流明（lm）。发光强度（光强）（1）立体角：任意一个封闭的圆锥面所围的空间。以圆锥的顶点为球心，半径为r的球面被锥面截得的面积来度量，单位球面度（sr）。设锥面在球面上截得的面积为dA时，则该立体角为：（2）光强：光源向给定方向的立体角元d内发射的光通量d与该立体角之比，单位坎德拉（cd）。（3）平均光强：若光通量是均匀的，则在立体角内的平均光强为：照度：被照面上单位面积入射的光通量，单位勒克斯（lx）。平均照度为 照度决定了能否看清一个物体。照度是照明工程中最常用的术语和物理量之一，作为考察照明效果的量化指标。（1）在40W的白炽灯下1米远处的照度约为30lx，家搪瓷伞形白色灯罩可增加为70lx（2）满月晴朗月空下位0.2lx（3）晴朗白天室内为100500lx 1lx的照度能辨别物体的轮廓，510lx看书模糊，短时阅读照度不应低于50lx。亮度：单位投影面积上的发光强度。某方向的发光强度dI与包含被观察点的面元dA在垂直于观察者方向上的投影面积dAcos之比，用于描述发光面或反光面上光的明亮程度，考虑了光的辐射方向。单位坎德拉每平方米（cd/m2）。光的辐射辐射的产生辐射的产生 产产生生光光辐辐射射的的主主要要是是最最外外层层电电子子，在在被被激激发发迁迁移移吸吸收收能能量量而而在在去去激激发发跃跃迁迁时时电电子子的的能能量量随随之之释释放放，该该能能量量就就被被转转化化成成光光能能自自发发向向外外辐辐射射，形形成成了了光光的的辐射。辐射。单单个个原原子子发发射射的的是是线线光光谱谱，而而分分子子光光谱谱接接近近连连续谱线。续谱线。人人工工光光源源常常用用的的辐辐射射源源有有：热热辐辐射射、气气体体放放电电、电致发光电致发光热辐射 当物体被加热到高温时，组成它的原子或分子当物体被加热到高温时，组成它的原子或分子将产生热运动，相互碰撞从而使电子获得能量而被激将产生热运动，相互碰撞从而使电子获得能量而被激发，产生辐射。发，产生辐射。（1 1）黑体辐射）黑体辐射 黑体就是入射的光辐射完全被吸收，没有反射和黑体就是入射的光辐射完全被吸收，没有反射和透射的完全辐射体。因此黑体的热辐射将只取决于温、透射的完全辐射体。因此黑体的热辐射将只取决于温、度，温度一定，其光谱能量就一定。度，温度一定，其光谱能量就一定。普朗克定律：描述的是不同温度下黑体光谱辐射功率普朗克定律：描述的是不同温度下黑体光谱辐射功率与波长的函数关系。这种形式的辐射就是热辐射，与波长的函数关系。这种形式的辐射就是热辐射，黑体辐射是具有连续光谱成分的复合辐射。黑体辐射是具有连续光谱成分的复合辐射。第一，随温度升高黑体辐射总能量迅速增加。第一，随温度升高黑体辐射总能量迅速增加。第二，随温度升高，黑体辐射曲线最大值移向短波，第二，随温度升高，黑体辐射曲线最大值移向短波，具有最大辐射功率的波长与黑体温度成反比。具有最大辐射功率的波长与黑体温度成反比。实际现象：当物体加热时颜色变化是红实际现象：当物体加热时颜色变化是红-黄黄-蓝。蓝。当温度在当温度在20005000K时，黑体的辐射温度越高，时，黑体的辐射温度越高，最大辐射功率的波长就移向可见光区。最大辐射功率的波长就移向可见光区。钨丝辐射 与黑体辐射原理相同，性能相似，能承受与黑体辐射原理相同，性能相似，能承受2000K2000K以以上高温，在可见光区域选择辐射率较高，其能量分布上高温，在可见光区域选择辐射率较高，其能量分布是连续光谱，与辐射温度有密切的关系。是连续光谱，与辐射温度有密切的关系。在可见光区域内的选择辐射率更高，辐射功率在可见光区域内的选择辐射率更高，辐射功率的峰值偏向于可见光区。的峰值偏向于可见光区。钨丝辐射波长范围很大：少部分可见光，少部分钨丝辐射波长范围很大：少部分可见光，少部分紫外线，大部分红外线，随着温度的升高可见光比红紫外线，大部分红外线，随着温度的升高可见光比红外线增加速度更快，尽可能提高工作温度就会提高辐外线增加速度更快，尽可能提高工作温度就会提高辐射光效。射光效。气体放电定义：在电场的作用下，载流子在气体或蒸汽中产定义：在电场的作用下，载流子在气体或蒸汽中产生并运动，从而使电流通过气体的过程。生并运动，从而使电流通过气体的过程。原子被电离成电子与离子，离子比电子重几千倍，原子被电离成电子与离子，离子比电子重几千倍，很少移动，离子流是总电流的很少移动，离子流是总电流的0.1%1%0.1%1%。气体放电分类：低气压、高气压放电。气体放电分类：低气压、高气压放电。气体放电主要是在充有气体的管中以原子辐射形式气体放电主要是在充有气体的管中以原子辐射形式产生光辐射的。产生光辐射的。电致发光定义：电流通过半导体等类似物质时产生的发光现定义：电流通过半导体等类似物质时产生的发光现象。象。满带、导带、禁带满带、导带、禁带（1 1）满带：未被激发状态下电子所具有的能量）满带：未被激发状态下电子所具有的能量 水平。水平。（2 2）导带）导带:被激发状态下电子具有的能量水平。被激发状态下电子具有的能量水平。正常时电子在满带，激发时迁移到导带。正常时电子在满带，激发时迁移到导带。（3 3）禁带：电子不能在禁带滞留。）禁带：电子不能在禁带滞留。在半导体中摻入少量杂质，可以产生一些特殊的在半导体中摻入少量杂质，可以产生一些特殊的能级，即局部能级，在电场作用下各能级之间会产生能级，即局部能级，在电场作用下各能级之间会产生激发迁移或去激发跃迁。从而产生转换成光能。其辐激发迁移或去激发跃迁。从而产生转换成光能。其辐射波长取决于跃迁前后所在能带的能量差。射波长取决于跃迁前后所在能带的能量差。由于能带复杂，电致发光可能是线光谱，带光谱由于能带复杂，电致发光可能是线光谱，带光谱或连续光谱。或连续光谱。物质的光学性质吸收比透射比反射比光的吸收 非透明表面颜色深越粗糙吸收比越大；光在介质中传播的光程也就是介质的厚度越大，介质吸收的光越多，吸收比越大；介质对光的吸收还与光入射方向和偏振状态有关。光的透射（1）定向透射（规则透射）（2）扩散透射：定向扩散透射、漫透射、混合透射透射比说明物质的透光性，材料透明度越高，透射比越大；同种物质，厚度越大则透射比越小。光的反射（1）定向反射（规则反射、镜面反射）（2）扩散反射（散反射）：定向扩散反射、漫反射混合反射反射比与材料的特性如光滑程度、颜色、透明度，光的波长、入射角及偏振状态有关。表面光滑，颜色浅，透明度小，入射角大则反射比高。一种特殊的反射：一种特殊的反射：全反射光密物质光密物质光疏物质光疏物质临界入射角：临界入射角：sinA=n2/n1入射角入射角 临界角，全反射临界角，全反射应用：棱镜式双筒望远镜、反射式信号灯、光纤等应用：棱镜式双筒望远镜、反射式信号灯、光纤等物质的光谱特征光谱反射比（）：物体反射的单色光通量与入射的单色光通量i之比。光谱吸收比（）：透射的单色光通量与入射的单色光通量i之比。光谱透射比（）：透射的单色光通量与入射的单色光通量i之比。