Reflectie, breking en absorptie van lichtstroom

De lichtstroom die als gevolg van visuele activiteit in de ogen komt, wordt gedeeltelijk gecreëerd door primaire lichtbronnen en voor een groter deel door daardoor verlichte oppervlakken, die secundaire lichtbronnen worden. In beide gevallen is er een herverdeling van de lichtstroom die door de primaire lichtbronnen wordt gegenereerd door reflectie, breking en absorptie, de oppervlakken waarop deze lichtstroom wordt gericht.

Lichtreflectie - Dit is de terugkeer van een lichtgolf wanneer deze valt op de interface tussen twee media met verschillende brekingsindices "terug" in de eerste media.

Lichtbreking - een fenomeen dat bestaat uit een verandering in de voortplantingsrichting van een lichtgolf bij het overgaan van het ene medium naar het andere, die verschilt in de lichtbrekingsindex.

Lichtabsorptie is een vermindering van de intensiteit van licht dat door een medium gaat als gevolg van de interactie met de deeltjes van het medium. Het gaat gepaard met verhitting van een stof, ionisatie of excitatie van atomen of moleculen, fotochemische processen, enz.Door materie geabsorbeerde energie kan geheel of gedeeltelijk opnieuw worden uitgezonden door materie met een andere frequentie.

De herverdeling van de lichtstroom kan worden gedicteerd door de noodzaak om de lichtstroom in bepaalde delen van de ruimte te beheersen (om objecten te verlichten die moeten worden onderscheiden) of door de noodzaak om de helderheid van het gezichtsveld te verminderen - in het geval van verlichtingsapparatuur - of treedt op vanwege de optische eigenschappen van verlichte oppervlakken.

Lichtstroom F, een straal die invalt op het oppervlak van een fysiek object (invallende lichtstroom) is verdeeld in twee of drie componenten:

• een deel keert altijd terug als een reflectie en vormt een reflecterende flux Φρ;

• een deel wordt altijd geabsorbeerd (geabsorbeerde flux Fαleidend tot een verhoging van de lichaamstemperatuur;

• in sommige gevallen wordt een deel van de lichtstroom teruggestuurd door breking (brekingsflux Фτ).

Laten we het concept van reflectiecoëfficiënt p, absorptiecoëfficiënt α en brekingsindex t introduceren:

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/ F,

ρ = Фτ/ F,

Er is een gelijkheid tussen de overeenkomstige coëfficiënten die kenmerkend zijn voor de optische eigenschappen van verlichte oppervlakken:

ρ + α + τ = 1

Breking van licht gaat gepaard met het fenomeen reflectie. Welke reflectie en breking van de lichtstroom plaatsvindt, hangt af van de eigenschappen van het oppervlak of lichaam en in hoge mate van de structuur (behandeling) van het oppervlak of lichaam.

Visuele reflectie / breking gekenmerkt door de gelijkheid van de invalshoeken en reflectie / breking en ruimtehoeken waarin de invallende en gereflecteerde / gebroken lichtstroom valt.Een evenwijdige lichtstraal die op een oppervlak valt, wordt gereflecteerd en gebroken om een ​​evenwijdige lichtstraal te vormen.

Visuele reflectie treedt bijvoorbeeld op wanneer metalen sputterende (Al, Ag) oppervlakken of metalen gepolijste oppervlakken (Al gepolijst en chemisch geoxideerd) optreden, en spiegelende breking treedt op bij gewoon glas of sommige soorten organisch glas.

Complexe reflectie / breking gekenmerkt door het feit dat de lichtstroom gedeeltelijk wordt gereflecteerd / gebroken volgens de wetten van reflectie reflectie / breking en gedeeltelijk volgens de wetten van diffuse reflectie / breking. Complexe (gezamenlijke) reflectie wordt uitgevoerd door keramisch email, en complexe (gezamenlijke) breking - van matglas en sommige soorten organisch glas.

Totaal diffuse reflectie / breking is reflectie / breking waarbij het reflecterende / brekende oppervlak in alle richtingen een gelijke helderheid heeft, ongeacht de richting van de invallende lichtstraal. De eigenschappen van een volledig diffuus oppervlak worden bezeten door oppervlakken bedekt met witte verf, evenals door materialen met een interne inhomogene structuur waarin er veel reflecties en brekingen in het lichaam zijn (melkglas).

Diffuse reflectie / breking gekenmerkt door een toename van de ruimtehoek van de gereflecteerde / gebroken lichtstroom in vergelijking met de invallende ruimtehoek. Een evenwijdige lichtstraal die op een oppervlak valt, wordt voornamelijk in één richting in de ruimte verstrooid.

Net als de fotometrische curve van een lichtbron, is een reflecterend of brekend oppervlakte-element gerelateerd lichtintensiteit of helderheidswaarde… Een voorbeeld van diffuse reflectie kunnen metallische matte oppervlakken zijn en diffuse breking kan worden verkregen met behulp van mat glas of organische polymeren (polymethylmethacrylaat).

Een van de kenmerken van het asuitstralend oppervlak is de helderheidsfactor β bepaald voor dezelfde verlichtingssterktewaarde als de verhouding tussen de helderheid in een bepaalde richting van een reflecterend/doorlatend oppervlak en de helderheid Ldif, die het zou hebben bij volledige diffuse reflectie / transmissie, identiek aan het oppervlak, met een reflectiefactor gelijk aan één:

β = L / Ldif =πL /E

De waarde van de coëfficiënten ρ en τ voor sommige materialen:

Materiaal Reflectiecoëfficiënt ρ Transmissie τ Bij diffuse lichtreflectie Magnesiumcarbonaat 0,92 — Magnesiumoxide 0,91 — Krijt, gips 0,85 — Porselein email (wit) 0,8 — Wit papier (Whatman papier) 0,76 — Witte kleefverf (witgekalkt) 0,65 — Ruw oppervlak van ijzer metalen 0,15 — Steenkool 0,08 — Nitro emaille wit 0,7 — Diffuse lichttransmissie Stil glas (dikte 2,3 mm) 0,5 0,35 Geïnstalleerd stil glas (2,3 mm) 0,30 0,55 Bio glas wit (2-3 mm) 0,35 0,5 Opaal glas (2,3 mm) 0,2 0,7 Lichtgevend papier, gelig met patroon 0,35 0,4 Met gerichte diffuse lichtreflectie Geëtst aluminium 0,62 — Halfmat Alzak aluminium 0,72 — Aluminiumverf over nitrolak 0,55 — Ongepolijst nikkel 0,5 — Ongepolijst messing 0,45 — Geïndiceerde diffuse lichtdoorlating Chemisch gematteerd glas (2,3 mm) 0,08 0,8 Mechanisch gesatineerd glas (2 mm) 0,14 0,7 Dun perkament (wit) 0,4 0,4 ​​Zijdewit 0,3 0, 45 Gerichte reflectie (spiegel) Vers gepolijst zilver 0,92 — Verzilverd glas (spiegel) 0,85 — Alzed aluminium (gepolijst ) 0,8 — Chroom gepolijst 0,62 — Gepolijst staal 0,5 — Gepolijst messing 0,6 —Plaatwerk 0,55 — Gerichte lichtdoorlatendheid Helder glas (2 mm) 0,08 0,89 Organisch glas (2 mm) 0,10 0,85

Het kennen van de reflectiviteit is onvoldoende om de reflecterende eigenschappen van een materiaal te beschrijven. Aangezien veel materialen selectieve reflecterende eigenschappen hebben die voornamelijk specifieke golflengten van het spectrum van de invallende lichtstroom reflecteren, volgens welke het reflecterende oppervlak wordt waargenomen als een bepaalde kleur.

De reflecterende eigenschappen van elk materiaal worden gegeven in de vorm van reflectiecurven (reflectie, in procenten, afhankelijk van de golflengte) en de reflectie wordt aangegeven voor een specifieke samenstelling van de invallende lichtstroom.