Odbicie, załamanie i pochłanianie strumienia świetlnego

Strumień światła wpadający do oczu w wyniku czynności wzrokowej jest częściowo tworzony przez pierwotne źródła światła oraz w większym stopniu przez oświetlane przez nie powierzchnie, które stają się wtórnymi źródłami światła. W obu przypadkach następuje redystrybucja strumienia świetlnego generowanego przez pierwotne źródła światła poprzez odbicie, załamanie i absorpcję, powierzchnie, na które ten strumień jest kierowany.

Odbicie światła — Jest to powrót fali świetlnej, gdy pada ona na interfejs między dwoma ośrodkami o różnych współczynnikach załamania „z powrotem” do pierwszego ośrodka.

Załamanie światła — zjawisko polegające na zmianie kierunku rozchodzenia się fali świetlnej przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego, które różni się współczynnikiem załamania światła.

Absorpcja światła to zmniejszenie intensywności światła przechodzącego przez ośrodek w wyniku jego interakcji z cząstkami ośrodka. Towarzyszy temu ogrzewanie substancji, jonizacja lub wzbudzenie atomów lub cząsteczek, procesy fotochemiczne itp.Energia pochłonięta przez materię może być całkowicie lub częściowo ponownie wyemitowana przez materię z inną częstotliwością.

Redystrybucja strumienia świetlnego może być podyktowana koniecznością sterowania strumieniem świetlnym w określonych obszarach przestrzeni (do oświetlenia obiektów wymagających wyróżnienia) lub koniecznością zmniejszenia jasności pola widzenia — w przypadku urządzeń oświetleniowych — lub występuje z powodu właściwości optycznych oświetlanych powierzchni.

Strumień świetlny F, promień padający na powierzchnię dowolnego obiektu fizycznego (strumień padający) dzieli się na dwie lub trzy składowe:

• jedna część zawsze powraca jako odbicie, tworząc strumień odbijający Φρ;

• jedna część jest zawsze wchłaniana (pochłonięty strumień Fαprowadzący do wzrostu temperatury ciała;

• w niektórych przypadkach część strumienia świetlnego jest zwracana przez załamanie (strumień załamania światła Фτ).

Wprowadźmy pojęcie współczynnika odbicia p, współczynnika absorpcji α i współczynnika załamania światła t:

ρ = Φρ/F,

ρ = Τα/F,

ρ = Фτ/ fa,

Istnieje równość między odpowiednimi współczynnikami charakteryzującymi właściwości optyczne oświetlanych powierzchni:

ρ + α + τ = 1

Załamaniu światła towarzyszy zjawisko odbicia. Jaki rodzaj odbicia i załamania strumienia świetlnego ma miejsce, zależy od właściwości powierzchni lub ciała oraz w dużej mierze od struktury (obróbki) powierzchni lub ciała.

Odbicie / załamanie wizualne charakteryzujące się równością kątów padania i odbicia / załamania oraz kątów bryłowych, w których pada strumień światła padającego i odbitego / załamanego.Równoległy promień światła padający na powierzchnię jest odbijany i załamywany, tworząc równoległy promień światła.

Odbicie wizualne występuje na przykład podczas rozpylania metali (Al, Ag) lub polerowanych powierzchni metalowych (Al polerowany i chemicznie utleniany), a refrakcja zwierciadlana występuje w przypadku zwykłego szkła lub niektórych rodzajów szkła organicznego.

Złożone odbicie / załamanie charakteryzujące się tym, że strumień światła jest częściowo odbijany / załamywany zgodnie z prawami odbicia odbicia / załamania, a częściowo zgodnie z prawami odbicia / załamania rozproszonego. Odbicie złożone (łączne) jest realizowane przez emalię ceramiczną, i złożone (połączone) załamanie — od matowego szkła i niektórych rodzajów szkła organicznego.

Całkowicie rozproszone odbicie / załamanie to odbicie / załamanie, w którym powierzchnia odbijająca / załamująca ma jednakową jasność we wszystkich kierunkach, niezależnie od kierunku padającej wiązki światła. Właściwości całkowicie rozproszonej powierzchni posiadają powierzchnie pokryte białą farbą, a także materiały o wewnętrznej niejednorodnej strukturze, w których występuje wiele odbić i załamań wewnątrz korpusu (szkło mleczne).

Rozproszone odbicie / załamanie charakteryzujące się wzrostem kąta bryłowego odbitego / załamanego strumienia światła w porównaniu do padającego kąta bryłowego. Równoległa wiązka światła padająca na powierzchnię jest rozpraszana w przestrzeni głównie wokół jednego kierunku.

Podobnie jak krzywa fotometryczna źródła światła, odbijający lub załamujący element powierzchniowy jest powiązany intensywność światła lub wartość jasności… Przykładem odbicia rozproszonego mogą być metaliczne matowe powierzchnie, a załamanie rozproszone można uzyskać stosując matowe szkło lub polimery organiczne (polimetakrylan metylu).

Jedną z cech osiowej powierzchni emitującej jest współczynnik jasności β wyznaczany dla tej samej wartości natężenia oświetlenia, co stosunek jasności w danym kierunku powierzchni odbijającej/przewodzącej do jasności Ldif, jaką miałaby ona w przypadku pełne rozproszone odbicie/przepuszczalność, identyczne z powierzchnią, ze współczynnikiem odbicia równym jedności:

β = L / Ldif = πL /E

Wartość współczynników ρ i τ dla niektórych materiałów:

Materiał Współczynnik odbicia ρ Transmisja τ Przy rozproszonym odbiciu światła Węglan magnezu 0,92 — Tlenek magnezu 0,91 — Kreda, gips 0,85 — Emalia porcelanowa (biała) 0,8 — Biały papier (papier Whatmana) 0,76 — Biała farba klejąca (bielona) 0,65 — Surowa powierzchnia żelaza metale 0,15 — Węgiel 0,08 — Emalia nitro biała 0,7 — Przepuszczalność światła rozproszonego Szkło Silent (grubość 2,3 mm) 0,5 0,35 Zainstalowane szkło Silent (2,3 mm) 0,30 0,55 Bio Szkło białe (2-3 mm) 0,35 0,5 Szkło opalowe (2,3 mm) 0,2 0,7 Papier świecący, żółtawy ze wzorem 0,35 0,4 Z kierunkowym rozproszonym odbiciem światła Aluminium trawione 0,62 — Alzak aluminium półmatowe 0,72 — Farba aluminiowa na lakier nitro 0,55 — Nikiel niepolerowany 0,5 — Mosiądz niepolerowany 0,45 — Wskazana przepuszczalność światła rozproszona Chemicznie matowy szkło (2,3 mm) 0,08 0,8 mechaniczne szkło satynowe (2 mm) 0,14 0,7 cienki pergamin (biały) 0,4 0,4 ​​jedwabista biel 0,3 0, 45 odbicie kierunkowe (lustro) świeże polerowane srebro 0,92 — szkło srebrzone (lustro) 0,85 — aluminium Alzed (polerowane) ) 0,8 — Chrom polerowany 0,62 — Polerowana stal 0,5 — Polerowany mosiądz 0,6 —Blacha 0,55 — Kierunkowa przepuszczalność światła Szkło przezroczyste (2 mm) 0,08 0,89 Szkło organiczne (2 mm) 0,10 0,85

Znajomość współczynnika odbicia jest niewystarczająca do opisania właściwości odblaskowych materiału. Biorąc pod uwagę, że wiele materiałów ma selektywne właściwości odblaskowe, które odzwierciedlają głównie określone długości fal widma padającego strumienia świetlnego, zgodnie z którym powierzchnia odbijająca jest postrzegana jako mająca określony kolor.

Właściwości odbicia każdego materiału są podane w postaci krzywych odbicia (współczynnik odbicia w procentach, w zależności od długości fali), a współczynnik odbicia jest wskazany dla określonego składu padającego strumienia świetlnego.