什麼是朗伯余弦定律?(照明定律)


任何表面接收到的光線取決於該表面的法線與光通量之間的夾角。朗伯余弦定律解釋了表面照度與角度餘弦之間的關係。

說明

朗伯余弦照明定律指出:

“表面的照度與其法線與入射光方向之間夾角的餘弦成正比”。

也就是說,

$$\mathrm{\mathit{E}\propto cos\, \theta \: \: \: \cdot \cdot \cdot \left ( 1 \right )}$$

解釋

情況一 – 考慮一個垂直於光通量的表面,如圖1所示。

然後,根據朗伯余弦定律,我們得到:

$$\mathrm{照度,\mathit{E}=\frac{\phi }{\mathit{A}}\: \: \: \cdot \cdot \cdot \left ( 2 \right )}$$

情況二 – 考慮一個相對於光通量傾斜的表面,該表面的法線與光通量軸線成一個角度 (θ),如圖2所示。

然後,根據朗伯余弦定律,我們得到:

$$\mathrm{\mathit{E}=\frac{\phi }{\mathit{A}}\times cos\, \theta \: \: \: \cdot \cdot \cdot \left ( 3 \right )}$$

情況三 – 考慮平面表面上的一個點 'P',光源 (S) 與點 'P' 之間的距離為 'r' 米。光源 (S) 位於距表面 'h' 米的高度,其發光強度為 'I' 坎德拉,如圖3所示。

然後,根據餘弦照明定律,我們得到點 'P' 的照度為:

$$\mathrm{\mathit{E_{P}}=\mathit{\frac{I }{r^{\mathrm{2}}}}\times cos\, \theta}$$

從圖3,我們有:

$$\mathrm{cos\, \theta \: =\: \mathit{\frac{h}{r}}}$$

$$\mathrm{\Rightarrow \mathit{r} \: =\: \frac{\mathit{h}}{cos\, \theta}}$$

因此,點 'P' 的照度為:

$$\mathrm{\mathit{E_{P}}\: =\: \mathit{\frac{I }{\left ( \mathit{h}/\mathrm{cos\, \theta }\right )^{\mathrm{2}}}}\times cos\, \theta}$$

$$\mathrm{\therefore \mathit{E_{P}}\: =\: \mathit{\frac{I }{\mathit{h}^{\mathrm{2}}}}\times cos^{3}\, \theta\: \: \: \cdot \cdot \cdot \left ( 4 \right )}$$

其中,I/h2 是位於光源正下方的任何點的照度。

更新於:2022年4月6日

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