건축의 빛 성질 - 빛과 표현 [빛의 표면성질, 조명 패턴, 빛에 의한 손상,자연 채광의 제어]

건축의 빛 성질

빛과 표현 - 빛의 표면성질, 조명 패턴, 빛에 의한 손상,자연 채광의 제어

 

표면성질

• 불투명한 물체의 표면에 빛이 입사하게 되면, 일부는 반사하고 일부는 흡수한다.
• ρ(반사율) + α(흡수율)=1.0
• 우리에게 재료 등의 시각정보를 주는 것은 반사된 요소
• 고체는 분자로 서로 엉켜서 만들어진 집합체이고 각 분자들 사이에 공간이 있어서 광자가 고체의 경계에 도착하면 분자 사이를 가기도 하고 물체의 표면층에 도달합니다. 일부 광자는 물체의 분자에 흡수되지만 나머지는 복수의 반사를 통해 표면으로부터 나오게 됩니다.
• 입사광의 일부는 확산반사, 또는 등방성 재발산처럼 표면으로부터 다시 나오는 확산광, 입사광이 들어오는 방향과 관계없이 구 모양의 공간 분배를 하게 됩니다.
• 이러한 경우에는 표면으로부터 나와서 어떤 방향으로 반사되는 빛은 투영되는 영역과 불변하는 관계를 가지며, 어떤 각도에서 보든지 같은 휘도를 가진다. 이것은 완전 무광 혹은 완전 확신 표면의 성질이에요.

 

 

 

 

 

• 확산반사된빛과입사광을비교하면그빛의공간분포뿐만아니라스펙트럼분포도다름
• 색소는특정영역의파장을흡수하고나머지는반사할수있는물질
• 그 색의 색상도(채도)가 높을수록 흡수 과정에서 그 색에 해당하는 파장을 선택하는 정도가 높아짐.
• 그림은 전형적인 스펙트럼 반사 곡선
• 무색의 입사광의 스펙트럼이 재배치되어서 색소가 가지고 있는 색깔의 성격을 알 수 있음을 보여줌.
• 이러한 성격의 반사를 가리켜 등방성 재발산(완전 확산반사)라고 하고 이러한 특징을 보여주며 윤택이 전혀 없는 표면을 완전 무광(perfectly matt)

 

 

 

전형적인 색소의 스펙트럼 반사 곡선(CIBSE)

 

• 다른 형태의 반사를 일반적으로 정반사
• 평평한 표면에서 정반사는 그림처럼 일반적인 반사의 원칙이 적용
• 이런형태의반사는두가지의형태로발생
• 매끈한 전도성 표면에 입사하는 빛은 표면에 광자가 들어오지 못하고 반사하게 되고 모든 가시광선 영역의 파장에서 반사율이 높은 물질을 거울이라고 함
• 알루미늄이나 크롬 등의 금속을 광택처리하면 거울과 같은 성격
• 어떤 금속은 짧은 파장에 대해 낮은 반사율을 가지고 반사광에 뚜렷한 색을 가지게 한다. 그 효과가 작은 것부터 나열하면, 금, 황동, 구리의 순서
• 정반사의 또 다른 형태는입사광이 액체나 액체성의 재료의 표면에 입사할 때 일어날 수 있는데 일부는 재료를 투과하고 일부는 표면에서 일반 반사
• 물의 분자는 고체와 달리 단단히 연결 되어 있지 않고 탄성결합 되어있기 때문에 광자 가속도는 줄어들지만 물체를 투과
• 어떤 물질은 온도가 낮아짐에 따라 액체 분자구조가 바뀌지 않으면서도 마치 고체처럼 점성이 높은 상태로 변함. 유리와 투명 플라스틱이 여기에 해당되며 과냉액체 혹은 무정형 고체라고 하고, 액체의 투명성과 고체의 딱딱한 성질을 다 가지고 있음
• 이외에 투명한 니스나라커, 왁스가 여기 해당되며 이 물질들을 대상 물표면에 바르면 표면의 광학적 성질을 바꾸어서 확산반사와 분명히 다른 빛 반사 분포를 보여준다.

 

세 가지 조명 패턴

3차원의 물체가 빛의 흐름을 막게 되면 세 가지 분명한 빛 패턴이 만들어집니다.

그늘 패턴 : 물체 표면의 형태 (굴곡)에 따라서 입사각이 달라서 표면 발산도가 다양하게 생깁니다.

하이라이트 패턴 : 물체의 형태 때문에 왜곡된 광원의 이미지가 정반사 되어 생기거나, 투명한 물체의 내부에서 반사된 이미지 때문에 생기게 됩니다.

그림자 패턴은 물체의 볼록한 부분이 다른 부분의 표면이나 다른 인접한 표면에 그림자를 드리움으로써 생기게 됩니다.

 

 

 

 

광화학 작용

• 광화학 작용은 빛에 노출됨으로써 일어나고 시간에 따라 가속화되는 화학 작용이에요.
• 이 작용은 노출된 대상이 흡수한 광자의 에너지 때문에 분자 구조에 영구한 변화를 일으킵니다.
• 광자는 파장이 짧을수록 에너지가 높아요. 분자마다 서로 다른 에너지 허용한계치를 가지고 있어서 어떤 재료는 자외선 복사에만 영향을 받지만, 또 다른 재료는 자외선과 가시광선 에너지의 영향을 모두 받게됩니다.
• 이 작용은 다양한 화학 작용에 의해 복잡하게 만들어집니다. 흡수된 광자 에너지가 분자의 결한에너지보다 크면 분자를 분리시키는 광분해가 일어날 수 있어요. 일반적으로 300nm이하의 파장을 가지거나, 두 광자가 거의 동시에 들어오면서 두 배의 에너지 효과를 내는 이광자 과정이 일어나는 경우에 발생하게 됩니다.

 

복사열 효과

• 적외선의 광자에너지는 반응성이 가장 높은 작품을 제외한 미술 작품 재료 대부분의 한계보다 낮지만, 노출이 악영향을 미치지 않는다고 생각하면 안됩니다. 텅스텐 할로겐을 포함한 일부 조명은 가시광선보다 적외선 영역에서 더 많은 복사열을 방출해서 이를 흡수한 에너지가 표면의 온도를 높이게 됩니다. 
• 미술관에서 일정한 온도와 상대습도를 유지하는 목적은 재료를 형태적으로 안정하게 유지하기 위해서입니다.
• 일교차나 연교차가 있는 곳에서 플라스탁 같은 열팽창 계수가 큰 (열에 따른 팽창 수축 정도가 큰) 재료는 주기적인 변화를 겪어서 다른 재료와의 접점에 힘을 주게 됩니다.

 

빛의 투과

• 유리는 비결정성 고체다. 액체의 물리적 특성을 가지지만 고체처럼 딱딱하고 깨지기 쉽다.
• 특별한 목적을 위한 많은 배합법이 있지만, 소다-라임 유리가 가장 일반적인 유형이고 유 리창에 일반적으로 사용되며, 모래에서 나온 실리카, 석회석을 가열해서 만든 석회, 소다 로 불리는 탄산나트륨으로 구성되어 있다.
• 이 요소들이 1700°의 화로에서 융합하여 액체 상태로 플로우트 욕조 내에 있는 용융주석 에 흘려서 넣은 다음, 600°에서 연속된 리본 모양으로 뽑아낸 후, 유리 용해로를 통해 냉 각시켜 잘라내면 유리가 된다.
• 빛은투명한유리를통과하면서반사와흡수,두가지과정을통해약해진다.흡수로인한 손실은 주로 유리 내부의 불순물 때문에 생긴다.
• 빛이유리내에서긴거리를통과하는경우에사용하는광섬유는상당히높은순도를가 지고 있지만, 불과 몇 mm를 통과하는 유리창의 경우에는 낮은 순도 표준을 사용한다.
• 이 불순물의 주요 요소는 보통 모래에 포함되어 있는 철이다. 순수한 규사(silica sand)는 흰색이지만 매우 드물다. 흔히 볼 수 있는 금모래(golden sand)의 색은 산화철 불순물 때 문에 생기고, 유리 제조에 사용했을 때 유리의 녹색을 띠는 원인이 된다.

 

 

빛의 분배

광선반 : 수평으로 설치된 반사판인 광선반을 사용하여 주광이 창 주위만 강하게 비추는 대신, 천장으로 빛을 반사하여 공간 깊은 곳까지 확산광을 제공할 수 있어요.

 

광편향기

높은 고도의 태양광이나 천창광의 방향을 위로 바꾸어 천장을 비추고, 낮은 고도의 빛은 그대로 통과하여 외부 조망을 가능하게 합니다.

광덕트(light ducts)