Odraz, lom a absorpcia svetelného toku

Svetelný tok vstupujúci do očí v dôsledku zrakovej činnosti je čiastočne vytváraný primárnymi zdrojmi svetla a vo väčšej miere nimi osvetlenými plochami, ktoré sa stávajú sekundárnymi zdrojmi svetla. V oboch prípadoch dochádza k redistribúcii svetelného toku generovaného primárnymi svetelnými zdrojmi prostredníctvom odrazu, lomu a absorpcie, teda povrchov, na ktoré je tento tok nasmerovaný.

Odraz svetla — Ide o návrat svetelnej vlny, keď dopadá na rozhranie medzi dvoma médiami s rôznymi indexmi lomu „späť“ do prvého média.

Lom svetla — jav spočívajúci v zmene smeru šírenia svetelnej vlny pri prechode z jedného prostredia do druhého, ktorý sa líši indexom lomu svetla.

Absorpcia svetla je zníženie intenzity svetla prechádzajúceho médiom v dôsledku jeho interakcie s časticami média. Je sprevádzané zahrievaním látky, ionizáciou alebo excitáciou atómov alebo molekúl, fotochemickými procesmi atď.Energiu absorbovanú hmotou môže hmota úplne alebo čiastočne znovu vyžarovať pri inej frekvencii.

Prerozdelenie svetelného toku môže byť diktované potrebou kontrolovať svetelný tok v určitých oblastiach priestoru (na osvetlenie objektov, ktoré je potrebné rozlíšiť) alebo potrebou znížiť jas zorného poľa — v prípade osvetľovacie zariadenia — alebo sa vyskytuje v dôsledku optických vlastností osvetlených plôch.

Svetelný tok F, lúč dopadajúci na povrch akéhokoľvek fyzického objektu (dopadajúci svetelný tok) je rozdelený na dve alebo tri zložky:

• jedna časť sa vždy vracia ako odraz a vytvára odrazový tok Φρ;

• jedna časť sa vždy absorbuje (absorbovaný tok Fα, čo vedie k zvýšeniu telesnej teploty;

• v niektorých prípadoch sa časť svetelného toku vracia lomom (refrakčný tok Фτ).

Predstavme si pojem koeficient odrazu p, koeficient absorpcie α a index lomu t:

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/F,

ρ = Фτ/ F,

Medzi zodpovedajúcimi koeficientmi charakterizujúcimi optické vlastnosti osvetlených povrchov existuje rovnosť:

ρ + α + τ = 1

Lom svetla je sprevádzaný javom odrazu. To, aký druh odrazu a lomu svetelného toku prebieha, závisí od vlastností povrchu alebo telesa a vo veľkej miere od štruktúry (úpravy) povrchu alebo telesa.

Vizuálny odraz / lom charakterizovaný rovnosťou uhlov dopadu a odrazu / lomu a priestorových uhlov, do ktorých spadá dopadajúci a odrazený / lomený svetelný tok.Paralelný lúč svetla dopadajúci na povrch sa odráža a láme, čím vzniká paralelný lúč svetla.

Vizuálny odraz nastáva napríklad pri kovových povrchoch naprašovaním (Al, Ag) alebo kovových leštených povrchoch (Al leštený a chemicky oxidovaný) a zrkadlový lom nastáva pri bežnom skle alebo niektorých typoch organického skla.

Komplexný odraz / lom vyznačujúci sa tým, že svetelný tok sa čiastočne odráža / láme podľa zákonov odrazu odraz / lom a čiastočne podľa zákonov difúzneho odrazu / lomu. Komplexný (spoločný) odraz sa uskutočňuje keramickým smaltom, a komplexný (spoločný) lom — z matného skla a niektorých druhov organického skla.

Úplne difúzny odraz / lom je odraz / lom, pri ktorom má odrazový / lomivý povrch rovnaký jas vo všetkých smeroch, bez ohľadu na smer dopadajúceho svetelného lúča. Vlastnosti úplne difúzneho povrchu majú povrchy pokryté bielou farbou, ako aj materiály s vnútornou nehomogénnou štruktúrou, v ktorých dochádza k mnohým odrazom a lomom vo vnútri karosérie (mliečne sklo).

Difúzny odraz / lom charakterizovaný zväčšením priestorového uhla odrazeného / lomeného svetelného toku v porovnaní s dopadajúcim priestorovým uhlom. Paralelný lúč svetla dopadajúci na povrch je rozptýlený v priestore hlavne okolo jedného smeru.

Podobne ako fotometrická krivka svetelného zdroja súvisí odrazový alebo lámavý povrchový prvok intenzita svetla alebo hodnota jasu… Príkladom difúzneho odrazu môžu byť kovové matné povrchy a difúzny lom je možné dosiahnuť použitím matného skla alebo organických polymérov (polymetylmetakrylát).

Jednou z charakteristík plochy vyžarujúcej os je faktor jasu β určený pre rovnakú hodnotu osvetlenia, ako je pomer medzi jasom v danom smere odrazovej/prepúšťacej plochy a jasom Ldif, ktorý by mal v prípade úplný difúzny odraz / priepustnosť, identický s povrchom, s faktorom odrazu rovným jednotke:

p = L/Ldif =πL/E

Hodnota koeficientov ρ a τ pre niektoré materiály:

Materiál Koeficient odrazu ρ Priepustnosť τ S odrazom difúzneho svetla Uhličitan horečnatý 0,92 — Oxid horečnatý 0,91 — Krieda, sadra 0,85 — Porcelánový smalt (biely) 0,8 — Biely papier (papier Whatman) 0,76 — Biela lepiaca farba (nabielená) 0,65 — Surový povrch železa kovy 0,15 — Uhlie 0,08 — Nitro smalt biely 0,7 — Priepustnosť difúzneho svetla Tiché sklo (hrúbka 2,3 mm) 0,5 0,35 Inštalované tiché sklo (2,3 mm) 0,30 0,55 Bio sklo biele (2-3 mm) 0,35 0,3 Opálové sklo (2,3 mm) 0,7 Svetelný papier, žltkastý so vzorom 0,35 0,4 So smerovým difúznym odrazom svetla Leptaný hliník 0,62 — Hliník Alzak polomatný 0,72 — Hliníková farba na nitrolaku 0,55 — Nikel neleštený 0,5 — Neleštená mosadz Chemická námraza 0,62 sklo (2,3 mm) 0,08 0,8 Mechanické saténové sklo (2 mm) 0,14 0,7 Tenký pergamen (biely) 0,4 0,4 ​​Hodvábna biela 0,3 0, 45 Smerovaný odraz (zrkadlo) Svieže leštené striebro 0,92 — Postriebrené sklo (zrkadlo) 0,85 — Alz. ) 0,8 — Leštený chróm 0,62 — Leštená oceľ 0,5 — Leštená mosadz 0,6 —Plech 0,55 — Smerová priepustnosť svetla Číre sklo (2 mm) 0,08 0,89 Organické sklo (2 mm) 0,10 0,85

Znalosť odrazivosti nestačí na opis reflexných vlastností materiálu. Vzhľadom na to, že mnohé materiály majú selektívne reflexné vlastnosti, ktoré odrážajú najmä špecifické vlnové dĺžky spektra dopadajúceho svetelného toku, podľa ktorých je odrazový povrch vnímaný ako majúci určitú farbu.

Odrazové charakteristiky každého materiálu sú uvedené vo forme kriviek odrazivosti (odrazivosť, v percentách, v závislosti od vlnovej dĺžky) a odrazivosť je udávaná pre konkrétne zloženie dopadajúceho svetelného toku.