ทฤษฎีเกี่ยวกับแสงสว่างพื้นฐาน 4

1.4 คุณสมบัติของแสง


1.4.1 การหักเหของแสง

แสงเมื่อผ่านตัวกลางผิวเรียบจะเกิดการหักเหหรือสะท้อนกลับ การหักเหหรือสะท้อนกลับขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบของแสงดังแสดงดังรูปที่ 1.7 ถ้ามุมตกกระทบ 01 น้อยแสงก็ผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ถ้ามุมตกกระทบ 01 มีค่ามากขึ้นถึงค่าหนึ่งที่แสงไม่ผ่านตัวกลางและไม่สะท้อนด้วย ในกรณีนี้มุมตกกระทบนี้เรียกว่า “มุมวิกฤต” 0c และถ้ามุมตกกระทบ 01 มีค่ามากกว่ามุมวิกฤตก็ทำให้แสงที่ตกกระทบสะท้อนกลับออกมาแทนที่จะผ่านตัวกลางไป


หลักการของการสะท้อนกลับของแสงนี้นำไปใช้ในการส่งสัญญาณด้วยแสงในเคเบิลใยแก้ว (Fiber Optic) คือแสงที่เข้าไปในเคเบิลใยแก้วจะเดินทางโดยสะท้อนไปมาภายในแต่ไม่ออกมาข้างนอก


ความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบและมุมสะท้อนสามารถหาได้จากสมการดังนี้
n1 sin01 = n2 sin02
(n1 , n2 ดัชนีการหักเหของวัสดุ 1 และ 2 ตามลำดับ)






รูปที่ 1.7 การหักเหและการสะท้อนแสงผ่านตัวกลาง







1.4.2 การกระจายแสง

เมื่อแสงสว่างตกกระทบตัวกลางที่ผิวขัดมัน หรือผิวมีค่าการสะท้อนแสงสูงๆ จะเกิดการสะท้อนแสง หรือกระจายแสงออกมาในทิศทางต่างๆ จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะผิวของพื้นผิวที่แสงตกกระทบ รวมทั้งมุมของแสงที่ตกกระทบด้วย




(ก) การกระจายแสงสว่าง





(ข) การกระจายแสงสว่างและการแผ่รังสี





(ง) การกระจายแสงแบบไร้ทิศทาง


รูปที่ 1.8 แสดงการกระจายแสงเมื่อตกกระทบบนพื้นผิวออกเป็นหลายๆลักษณะ





1.4.3 การสะท้อนแสง

เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวที่เรียบมัน จะเกิดการสะท้อนแสง ซึ่งเป็นไปตามหลักการที่ว่า มุมตกกระทบ เท่ากับมุมสะท้อน





รูปที่ 1.9 แสดงการสะท้อนแสงเมื่อตกกระทบบนพื้นผิว






1.4.4 การดูดกลืนแสง

เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวเรียบธรรมดาที่ไม่มีความมันวาว จะมีแสงบางส่วนหรือทั้งหมดหายเข้าไปในพื้นผิวเรียบนั้น ไม่สะท้อนกลับออกมาหรือออกมาน้อยกว่าปกติ ซึ่งพลังงานแสงที่ถูกดูดกลืนเข้าไปในวัตถุนั้นไม่ได้หายไปไหนแต่เปลี่ยนสภาพเป็นพลังงานความร้อน





1.4.5 สเปกตรัมสีของแสง

แสงประกอบด้วยสเปกตรัมของสีที่ความยาวคลื่นต่างๆกัน ซึ่งมีความเข้มแสงที่แต่ละความยาวคลื่นแตกต่างกันออกไป สเปกตรัมสีของแสงหาได้จากการให้แสงผ่านปริซึม เพื่อให้เกิดการหักเหแสงของความยาวคลื่นต่างๆกันเกิดขึ้น จึงจะทราบว่าแสงที่กำลังพิจารณาอยู่นั้นประกอบด้วยคลื่นความยาวแสงอะไรบ้าง และแต่ละความยาวคลื่นแสงมีความเข้มเท่าใด แสงที่มีความยาวคลื่นน้อยจะหักเหมาก และแสงที่มีความยาวคลื่นมากจะหักเหน้อย




รูปที่ 1.10 แสดงสเปกตรัมของแสงที่เกิดจากคลื่นความยาวแสงที่ไม่เท่ากัน


สเปกตรัมสีของแสงจะเป็นตัวบ่งชี้ว่ามีแสงสีใดมากกว่ากัน เช่น ถ้าแสงที่มีสีแดงมากส่องไปถูกวัตถุที่มีสีออกทางสีแดงก็จะทำให้วัตถุนั้นดูเด่นมาก แต่ถ้านำแสงที่มีสเปกตรัมสีน้ำเงินซึ่งมีความเข้มน้อย ไปส่องวัตถุสีน้ำเงินก็จะไม่เด่น ดังนั้นถ้าต้องการแสงที่ส่องวัตถุทุกสีเด่น ต้องเป็นแสงที่สเปกตรัมทุกสีมีความเข้มมาก แสงอาทิตย์มีสเปกตรัมสีทุกสีเข้มหมด ดังนั้นเมื่อส่องถูกวัตถุสีใดก็ดูเด่น หลอดไฟฟ้าในปัจจุบันยังไม่มีชนิดใดที่ให้สเปกตรัมได้ทุกสีเหมือนแสงอาทิตย์






1.4.6 ดัชนีความถูกต้องสี (Color Rendering Index – CRI)

ดัชนีความถูกต้องของสีเป็นตัวชี้ให้เห็นว่า สีที่เห็นเมื่อส่องถูกวัตถุจะให้ความถูกต้องสีเป็นอย่างไร ดัชนีดังกล่าวเรียกย่อๆว่า CRI แสงที่มี CRI 20% หมายถึงเมื่อส่องวัตถุจะให้ความถูกต้องสีเพียง 20% เท่านั้น หลอดอินแคนเดสเซนต์มี CRI 100% หลอดฟลูออเรสเซนต์โดยทั่วไปมี CRI เฉลี่ย 60% เป็นต้น ดัชนีความถูกต้องสีมีผลต่อการมองเห็นโดยเฉพาะงานที่จำเป็นต้องคัดเลือกสี เช่น งานเกี่ยวกับรูปภาพ การคัดสีผ้า เป็นต้น







1.5 ความสัมพันธ์ของแสงสว่างกับวัตถุและการมองเห็น


ในการมองเห็นวัตถุต่างๆจะเห็นได้ชัดหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุหรือสีของวัตถุ ถ้าความสว่างไม่เพียงพอก็จะทำให้เราสามารถแยกแยะวัตถุนั้นๆได้ลำบาก ยิ่งถ้าวัตถุนั้นกำลังเคลื่อนที่อยู่ก็จะต้องใช้แสงสว่างมากขึ้นเพื่อที่จะทำให้เห็นวัตถุนั้นได้ชัดเจนขึ้น ถ้ามีความแตกต่างของความ ขาว – ดำน้อย หรือมีลักษณะคล้ายๆกัน หรือขนาดของวัตถุยิ่งเล็กก็ยิ่งต้องการแสงสว่างมากและเวลาในการมองเห็นก็ต้องการเพิ่มมากขึ้น องค์ประกอบเหล่านี้จะต้องนำไปพิจารณาในการออกแบบระบบแสงสว่างต่อไป


1.5.1 ความจ้าและการส่องสว่าง (Glare)

ในการออกแบบเราจะรักษาค่าความจ้าของแสงสว่างที่สะท้อนออกมาจากวัตถุให้มีค่าที่เหมาะสม ซึ่งคุณสมบัติของวัตถุที่มีค่าความสามารถในการสะท้อนแสงที่ต้องนำมาพิจารณาด้วย ความจ้านั้นก่อให้เกิดแสงบาดตา ซึ่งรบกวนการมองเห็น 2 แบบ
1. แสงบาดตาที่ก่อให้เกิดการตาบอดชั่วขณะ
2. แสงบาดตาที่ก่อให้เกิดการรบกวนการมองเห็น


1.5.2 ความแตกต่างของความขาว-ดำของวัตถุ (Contrast)

ถ้าความแตกต่างระหว่างความขาว-ดำมีมาก การมองเห็นยิ่งทำให้ง่ายขึ้นและไม่จำเป็นต้องออกแบบให้มีแสงสว่างมากสำหรับการมองเห็น เช่น การวางวัตถุสีเทาบนพื้นสีดำ ทำให้มองเห็นยากกว่า วางวัตถุสีขาวบนพื้นสีดำ เป็นต้น



1.5.3 ขนาดของชิ้นงาน

ขนาดของชิ้นงานก็เป็นอีกสิ่งหนึ่งที่จะต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบ โดยปกติคนเราสามารถมองเห็นวัตถุที่มีขนาดใหญ่โตได้ดีกว่าวัตถุที่มีขนาดเล็ก หรืออาจจะมองวัตถุขนาดเดียวกันมีขนาดเล็กลงในเวลากลางคืนได้ถ้าแสงสว่างไม่เพียงพอเมื่อเทียบกับเวลากลางวัน
ดังนั้นในการออกแบบแสงสว่างเราจำเป็นต้องให้แสงสว่างที่พอเพียงที่จะมองเห็นสัตถุในเวลากลางคืนเท่ากับเวลากลางวัน และวัตถุยิ่งเล็กก็ต้องการปริมาณของแสงสว่างมากขึ้น หรือคนที่มีอายุมากเวลาทำงานกับวัตถุที่มีขนาดเล็กก็ต้องการปริมาณแสงสว่างมากขึ้น



1.5.4 เวลาที่ใช้ในการมองเห็นวัตถุ

ตามปกติตาคนเราไม่สามารถที่จะมองเห็นหรือรับรู้สิ่งต่างๆได้เท่ากัน ตาเราจะรับรู้อะไรได้ แน่นอนนั้นย่อมต้องการเวลาในการปรับกล้ามเนื้อตาให้ขยายหรือหดตัว ซึ่งถ้ามีปริมาณแสงสว่างน้อยๆ การมองวัตถุต่างๆ ก็ย่อมต้องใช้เวลามากกว่าบริเวณที่มีปริมาณแสงสว่างมากๆ ยิ่งถ้าวัตถุกำลังเคลื่อนที่อยู่ก็ยิ่งต้องการแสงสว่างมากขึ้น แต่การเพิ่มปริมาณแสงสว่างนั้น เมื่อถึงค่าค่าหนึ่งแล้วจะทำให้การมองวัตถุคงที่เนื่องจากขีดจำกัดของกล้ามเนื้อตานั่นเอง





รูปที่ 1.10 แสดงข้อจำกัดในการมองเห็นวัตถุ





-----------------------------------------------------------------------------

Architectural Lighting Second Edition ; M. David Egan , Victor Olgyay
: McGraw-Hill Higher Education ,2002

Concept in Architectureal Lighting : M. David Egan
; McGraw-Hill Book Company, 1983

Concept and Practice of Architectural Daylighting
; Fuller Moore : Van Nostrand Reinhold Company, NY , 1985


ชำนาญ ห่อเกียรติ : เทคนิคการส่องสว่าง : กรุงเทพมหานคร :
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2540

Create Date : 23 สิงหาคม 2553 Last Update : 23 สิงหาคม 2553 15:21:46 น. Counter : 8547 Pageviews.		2 comments
Share Tweet