Ανάκλαση, διάθλαση και απορρόφηση φωτεινής ροής

Η ροή φωτός που εισέρχεται στα μάτια ως αποτέλεσμα της οπτικής δραστηριότητας δημιουργείται εν μέρει από πρωτεύουσες πηγές φωτός και σε μεγαλύτερο βαθμό από επιφάνειες που φωτίζονται από αυτές, οι οποίες γίνονται δευτερεύουσες πηγές φωτός. Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει μια ανακατανομή της ροής φωτός που παράγεται από τις πρωτεύουσες πηγές φωτός μέσω ανάκλασης, διάθλασης και απορρόφησης, των επιφανειών στις οποίες κατευθύνεται αυτή η ροή.

Αντανάκλαση φωτός — Αυτή είναι η επιστροφή ενός φωτεινού κύματος όταν πέφτει στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης "πίσω" στο πρώτο μέσο.

Διάθλαση φωτός — φαινόμενο που συνίσταται σε αλλαγή της κατεύθυνσης διάδοσης ενός φωτεινού κύματος όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο, το οποίο διαφέρει ως προς τον δείκτη διάθλασης του φωτός.

Η απορρόφηση φωτός είναι η μείωση της έντασης του φωτός που διέρχεται από ένα μέσο λόγω της αλληλεπίδρασής του με τα σωματίδια του μέσου. Συνοδεύεται από θέρμανση μιας ουσίας, ιονισμό ή διέγερση ατόμων ή μορίων, φωτοχημικές διεργασίες κ.λπ.Η ενέργεια που απορροφάται από την ύλη μπορεί να εκπέμπεται πλήρως ή εν μέρει από την ύλη σε διαφορετική συχνότητα.

Η ανακατανομή της φωτεινής ροής μπορεί να υπαγορεύεται από την ανάγκη ελέγχου της ροής φωτός σε ορισμένες περιοχές του χώρου (για να φωτίζονται αντικείμενα που πρέπει να διακρίνονται) ή από την ανάγκη μείωσης της φωτεινότητας του οπτικού πεδίου — στην περίπτωση συσκευές φωτισμού — ή συμβαίνει λόγω των οπτικών ιδιοτήτων των φωτιζόμενων επιφανειών.

Φωτεινή ροή F, μια ακτίνα που προσπίπτει στην επιφάνεια οποιουδήποτε φυσικού αντικειμένου (ροή φωτός πρόσπτωσης) χωρίζεται σε δύο ή τρία συστατικά:

• ένα μέρος επιστρέφει πάντα ως ανάκλαση, σχηματίζοντας μια ανακλαστική ροή Φρ.

• ένα μέρος απορροφάται πάντα (απορροφημένη ροή που εξασθενεί σε αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος.

• Σε ορισμένες περιπτώσεις, μέρος της φωτεινής ροής επιστρέφεται με διάθλαση (διαθλαστική ροή Φτ).

Ας εισαγάγουμε την έννοια του συντελεστή ανάκλασης p, του συντελεστή απορρόφησης α και του δείκτη διάθλασης t:

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/ F,

ρ = Φτ/ F,

Υπάρχει ισότητα μεταξύ των αντίστοιχων συντελεστών που χαρακτηρίζουν τις οπτικές ιδιότητες των φωτιζόμενων επιφανειών:

ρ + α + τ = 1

Η διάθλαση του φωτός συνοδεύεται από το φαινόμενο της ανάκλασης. Το τι είδους ανάκλαση και διάθλαση λαμβάνει χώρα η φωτεινή ροή εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας ή του σώματος και σε μεγάλο βαθμό από τη δομή (κατεργασία) της επιφάνειας ή του σώματος.

Οπτική ανάκλαση / διάθλαση που χαρακτηρίζεται από την ισότητα των γωνιών πρόσπτωσης και ανάκλασης / διάθλασης και στερεών γωνιών στις οποίες πέφτει η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη / διαθλασμένη ροή φωτός.Μια παράλληλη ακτίνα φωτός που πέφτει σε μια επιφάνεια ανακλάται και διαθλάται για να σχηματίσει μια παράλληλη ακτίνα φωτός.

Η οπτική αντανάκλαση συμβαίνει για παράδειγμα όταν διασκορπίζονται μέταλλα (Al, Ag) επιφάνειες ή μεταλλικές γυαλισμένες επιφάνειες (γυαλισμένο με Al και χημικά οξειδωμένο) και η κατοπτρική διάθλαση συμβαίνει με συνηθισμένο γυαλί ή ορισμένους τύπους οργανικού γυαλιού.

Σύνθετη ανάκλαση / διάθλαση που χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι η φωτεινή ροή μερικώς ανακλάται / διαθλάται σύμφωνα με τους νόμους της ανάκλασης / διάθλασης και εν μέρει σύμφωνα με τους νόμους της διάχυτης ανάκλασης / διάθλασης. και σύνθετη (αρθρική) διάθλαση — από παγωμένο γυαλί και ορισμένους τύπους οργανικού γυαλιού.

Πλήρως διάχυτη ανάκλαση / διάθλαση είναι η ανάκλαση / διάθλαση στην οποία η ανακλώσα / διαθλαστική επιφάνεια έχει ίση φωτεινότητα προς όλες τις κατευθύνσεις, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση της προσπίπτουσας δέσμης φωτός. Τις ιδιότητες μιας εντελώς διάχυτης επιφάνειας κατέχουν επιφάνειες καλυμμένες με λευκή βαφή, καθώς και υλικά με εσωτερική ανομοιογενή δομή στα οποία υπάρχουν πολλές αντανακλάσεις και διαθλάσεις στο εσωτερικό του σώματος (γυαλί γάλακτος).

Διάχυτη ανάκλαση / διάθλαση που χαρακτηρίζεται από αύξηση της στερεάς γωνίας της ανακλώμενης / διαθλασμένης ροής φωτός σε σύγκριση με την προσπίπτουσα στερεά γωνία. Μια παράλληλη δέσμη φωτός που πέφτει σε μια επιφάνεια διασκορπίζεται στο χώρο κυρίως γύρω από μια κατεύθυνση.

Όπως η φωτομετρική καμπύλη μιας πηγής φωτός, σχετίζεται ένα ανακλώμενο ή διαθλαστικό στοιχείο επιφάνειας τιμή έντασης φωτός ή φωτεινότητας… Ένα παράδειγμα διάχυτης ανάκλασης μπορεί να είναι οι μεταλλικές ματ επιφάνειες και η διάχυτη διάθλαση μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ματ γυαλί ή οργανικά πολυμερή (μεθακρυλικός πολυμεθυλεστέρας).

Ένα από τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας εκπομπής άξονα είναι ο συντελεστής φωτεινότητας β που προσδιορίζεται για την ίδια τιμή φωτεινότητας με την αναλογία μεταξύ της φωτεινότητας σε μια δεδομένη κατεύθυνση μιας ανακλώσας/εκπέμπουσας επιφάνειας και της φωτεινότητας Ldif, την οποία θα είχε στην περίπτωση πλήρης διάχυτη ανάκλαση / μετάδοση, πανομοιότυπη με την επιφάνεια, με συντελεστή ανάκλασης ίσο με ενότητα:

β = L / Ldif =πL /E

Η τιμή των συντελεστών ρ και τ για ορισμένα υλικά:

Υλικό Συντελεστής ανάκλασης ρ Μετάδοση τ Με ανάκλαση διάχυτου φωτός Ανθρακικό μαγνήσιο 0,92 — Οξείδιο του μαγνησίου 0,91 — Κιμωλία, γύψος 0,85 — Σμάλτο πορσελάνης (λευκό) 0,8 — Λευκό χαρτί (χαρτί Whatman) 0,76 — Λευκή αυτοκόλλητη βαφή (λευκό ροζ) 6 χρ. μέταλλα 0,15 — Άνθρακας 0,08 — Νίτρο σμάλτο λευκό 0,7 — Διάχυτη μετάδοση φωτός Αθόρυβο γυαλί (πάχος 2,3 mm) 0,5 0,35 Εγκατεστημένο αθόρυβο γυαλί (2,3 mm) 0,30 0,55 Bio glass λευκό (2-3 mm) 0,35 mm2 γυαλί (0.35 mm2) 0,7 Φωτεινό χαρτί, κιτρινωπό με μοτίβο 0 ,35 0,4 Με κατευθυντική διάχυτη ανάκλαση φωτός Χαραγμένο αλουμίνιο 0,62 — Ημι-ματ αλουμίνιο Alzak 0,72 — Χρώμα αλουμινίου πάνω από λάκα νιτρο 0,55 — Μη γυαλισμένο νικέλιο 0,5 — Μη γυαλισμένο φως0,4 φωσφοριζέ από αλουμίνιο. γυαλί (2,3 mm) 0,08 0,8 Μηχανικό σατέν γυαλί (2 mm) 0,14 0,7 Λεπτή περγαμηνή (λευκό) 0,4 0,4 ​​Μεταξωτό λευκό 0,3 0, 45 Κατευθυνόμενη ανάκλαση (καθρέφτης) Φρέσκο ​​γυαλιστερό ασήμι 0,92 — Ασημένιο γυαλί (85 — καθρέφτης) 0,4 ) 0,8 — Χρώμιο γυαλισμένο 0,62 — Γυαλισμένο χάλυβα 0,5 — Γυαλισμένο ορείχαλκο 0,6 —Λαμαρίνα 0,55 — Κατευθυντική μετάδοση φωτός Διαφανές γυαλί (2 mm) 0,08 0,89 Οργανικό γυαλί (2 mm) 0,10 0,85

Η γνώση της ανακλαστικότητας είναι ανεπαρκής για να περιγράψει τις ανακλαστικές ιδιότητες ενός υλικού. Δεδομένου ότι πολλά υλικά έχουν επιλεκτικές ανακλαστικές ιδιότητες που αντανακλούν κυρίως συγκεκριμένα μήκη κύματος του φάσματος της προσπίπτουσας φωτεινής ροής, σύμφωνα με τα οποία η ανακλαστική επιφάνεια γίνεται αντιληπτή ότι έχει ένα ορισμένο χρώμα.

Τα ανακλαστικά χαρακτηριστικά κάθε υλικού δίνονται με τη μορφή καμπυλών ανάκλασης (ανακλαστικότητα, σε ποσοστό, ανάλογα με το μήκος κύματος) και η ανάκλαση υποδεικνύεται για μια συγκεκριμένη σύνθεση της προσπίπτουσας ροής φωτός.