Reflektion, refraktion och absorption av ljusflöde

Ljusflödet som kommer in i ögonen till följd av visuell aktivitet skapas dels av primära ljuskällor och i större utsträckning av ytor som belyses av dem, som blir sekundära ljuskällor. I båda fallen sker en omfördelning av ljusflödet som genereras av de primära ljuskällorna genom reflektion, refraktion och absorption, de ytor som detta flöde riktas mot.

Ljusreflektion — Detta är återgången av en ljusvåg när den faller på gränssnittet mellan två medier med olika brytningsindex "tillbaka" till det första mediet.

Ljusbrytning — ett fenomen som består i en förändring i utbredningsriktningen för en ljusvåg när den passerar från ett medium till ett annat, vilket skiljer sig i ljusbrytningsindex.

Ljusabsorption är en minskning av intensiteten av ljus som passerar genom ett medium på grund av dess interaktion med mediets partiklar. Det åtföljs av uppvärmning av ett ämne, jonisering eller excitation av atomer eller molekyler, fotokemiska processer etc.Energi som absorberas av materia kan helt eller delvis återutsändas av materia vid en annan frekvens.

Omfördelningen av ljusflödet kan dikteras av behovet av att kontrollera ljusflödet i vissa områden i rymden (för att belysa föremål som behöver särskiljas) eller av behovet av att minska ljusstyrkan i synfältet — i fallet med belysningsanordningar — eller uppstår på grund av de optiska egenskaperna hos upplysta ytor.

Ljusflöde F, en stråle som faller in på ytan av något fysiskt objekt (infallande ljusflöde) är uppdelad i två eller tre komponenter:

• en del återvänder alltid som en reflektion och bildar ett reflekterande flöde Φρ;

• en del absorberas alltid (absorberat flöde Fα leder till en ökning av kroppstemperaturen;

• i vissa fall returneras en del av ljusflödet genom refraktion (brytningsflöde Фτ).

Låt oss introducera begreppet reflektionskoefficient p, absorptionskoefficient α och brytningsindex t:

ρ = Φρ/F,

ρ = Τα/F,

ρ = Фτ/F,

Det finns en likhet mellan de motsvarande koefficienterna som kännetecknar de optiska egenskaperna hos belysta ytor:

ρ + α + τ = 1

Ljusbrytning åtföljs av fenomenet reflektion. Vilken typ av reflektion och brytning av ljusflödet som sker beror på ytans eller kroppens egenskaper och till stor del på ytans eller kroppens struktur (behandling).

Visuell reflektion/brytning som kännetecknas av likheten mellan infallsvinklarna och reflektion/brytning och rymdvinklar där det infallande och reflekterade/brytande ljusflödet faller.En parallell ljusstråle som faller på en yta reflekteras och bryts för att bilda en parallell ljusstråle.

Visuell reflektion uppstår till exempel när metallförstoftning (Al, Ag) ytor eller metallpolerade ytor (Al polerade och kemiskt oxiderade), och speglande brytning sker med vanligt glas eller vissa typer av organiskt glas.

Komplex reflektion/brytning kännetecknas av att ljusflödet delvis reflekteras/bryts enligt lagarna för reflektion reflektion/brytning och delvis enligt lagarna för diffus reflektion/brytning.Komplex (fog)reflektion utförs av keramisk emalj, och komplex (fog) brytning — från frostat glas och vissa typer av organiskt glas.

Totalt diffus reflektion/brytning är reflektion/brytning där den reflekterande/brytande ytan har lika ljusstyrka i alla riktningar, oavsett riktningen på den infallande ljusstrålen. Egenskaperna hos en helt diffus yta innehas av ytor täckta med vit färg, samt av material med en inre inhomogen struktur där det finns många reflektioner och brytningar inuti kroppen (mjölkglas).

Diffus reflektion/brytning kännetecknas av en ökning av rymdvinkeln för det reflekterade/brytande ljusflödet jämfört med den infallande rymdvinkeln. En parallell ljusstråle som faller på en yta sprids i rymden huvudsakligen runt en riktning.

Liksom den fotometriska kurvan för en ljuskälla är ett reflekterande eller brytande ytelement relaterat ljusintensitet eller ljusstyrka… Ett exempel på diffus reflektion kan vara metalliska matta ytor och diffus brytning kan erhållas med matt glas eller organiska polymerer (polymetylmetakrylat).

En av egenskaperna hos den axelemitterande ytan är ljushetsfaktorn β bestämd för samma belysningsstyrka som förhållandet mellan ljusstyrkan i en given riktning för en reflekterande/sändaryta och ljusstyrkan Ldif, som den skulle ha i fallet med fullständig diffus reflektion/transmission, identisk med ytan, med en reflektionsfaktor lika med enhet:

β = L/Ldif =πL/E

Värdet på koefficienterna ρ och τ för vissa material:

Material Reflektionskoefficient ρ Transmission τ Med diffus ljusreflektion Magnesiumkarbonat 0,92 — Magnesiumoxid 0,91 — Krita, gips 0,85 — Porslinsemalj (vit) 0,8 — Vitt papper (Whatman-papper) 0,76 — Vit limfärg (vitfärgad 0.65 yta) metaller 0,15 — Kol 0,08 — Nitroemalj vit 0,7 — Diffus ljusgenomsläpplighet Tyst glas (tjocklek 2,3 mm) 0,5 0,35 Installerat tyst glas (2,3 mm) 0,30 0,55 Bioglas vitt (2-3 mm) 0,35 0,5 mm Opalglas. 0,7 Lysande papper, gulaktigt med mönster 0 ,35 0,4 Med riktad diffus reflektion av ljus Etsad aluminium 0,62 — Halvmatt Alzak aluminium 0,72 — Aluminiumfärg över nitrolack 0,55 — Opolerad nickel 0,5 — Opolerad mässing av ljustransmission I kemiskt diffust 0,45 glas (2,3 mm) 0,08 0,8 Mekaniskt satinglas (2 mm) 0,14 0,7 Tunt pergament (vitt) 0,4 0,4 ​​Sidenvitt 0,3 0, 45 Riktad reflektion (spegel) Nypolerat silver 0,92 — Försilvrat glas (spegel) (Alzed aluminum) 0,85 ) 0,8 — Krompolerad 0,62 — Polerad stål 0,5 — Polerad mässing 0,6 —Plåt 0,55 — Riktningsgenomsläppning av ljus Klart glas (2 mm) 0,08 0,89 Organiskt glas (2 mm) 0,10 0,85

Att känna till reflektionsförmågan är otillräckligt för att beskriva ett materials reflekterande egenskaper. Med tanke på att många material har selektiva reflekterande egenskaper som huvudsakligen reflekterar specifika våglängder av spektrumet av det infallande ljusflödet, enligt vilka den reflekterande ytan uppfattas ha en viss färg.

De reflekterande egenskaperna för varje material ges i form av reflektanskurvor (reflektans, i procent, beroende på våglängden) och reflektansen anges för en specifik sammansättning av det infallande ljusflödet.