Reflexion, Brechung und Absorption des Lichtstroms

Der Lichtstrom, der durch die Sehtätigkeit in die Augen gelangt, wird zum Teil durch primäre Lichtquellen und zum größeren Teil durch von ihnen beleuchtete Flächen erzeugt, die zu sekundären Lichtquellen werden. In beiden Fällen kommt es zu einer Umverteilung des von den primären Lichtquellen erzeugten Lichtstroms durch Reflexion, Brechung und Absorption, den Oberflächen, auf die dieser Fluss gerichtet ist.

Lichtreflexion – Dies ist die Rückkehr einer Lichtwelle, wenn sie auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes „zurück“ in das erste Medium fällt.

Lichtbrechung ist ein Phänomen, das in einer Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Lichtwelle beim Übergang von einem Medium in ein anderes besteht und sich im Lichtbrechungsindex unterscheidet.

Unter Lichtabsorption versteht man eine Verringerung der Intensität des Lichts, das ein Medium durchdringt, aufgrund seiner Wechselwirkung mit den Partikeln des Mediums. Damit einher geht die Erwärmung eines Stoffes, die Ionisierung oder Anregung von Atomen oder Molekülen, photochemische Prozesse usw.Von Materie absorbierte Energie kann von Materie ganz oder teilweise mit einer anderen Frequenz wieder abgegeben werden.

Die Umverteilung des Lichtstroms kann durch die Notwendigkeit bedingt sein, den Lichtstrom in bestimmten Bereichen des Raums zu steuern (um Objekte zu beleuchten, die unterschieden werden müssen) oder durch die Notwendigkeit, die Helligkeit des Sichtfelds zu reduzieren – im Fall von Beleuchtungseinrichtungen – oder entsteht aufgrund der optischen Eigenschaften beleuchteter Flächen.

Der Lichtstrom F, ein auf die Oberfläche eines physischen Objekts einfallender Strahl (einfallender Lichtstrom), wird in zwei oder drei Komponenten unterteilt:

• ein Teil kehrt immer als Reflexion zurück und bildet einen reflektierenden Fluss Φρ;

• ein Teil wird immer absorbiert (absorbierter Fluss Fαführt zu einer Erhöhung der Körpertemperatur;

• in einigen Fällen wird ein Teil des Lichtflusses durch Brechung zurückgegeben (Brechungsfluss Фτ).

Lassen Sie uns das Konzept des Reflexionskoeffizienten p, des Absorptionskoeffizienten α und des Brechungsindex t einführen:

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/ F,

ρ = Фτ/ F,

Es besteht eine Gleichheit zwischen den entsprechenden Koeffizienten, die die optischen Eigenschaften beleuchteter Oberflächen charakterisieren:

ρ + α + τ = 1

Mit der Lichtbrechung geht das Phänomen der Reflexion einher. Welche Art der Reflexion und Brechung des Lichtstroms stattfindet, hängt von den Eigenschaften der Oberfläche oder des Körpers und in hohem Maße von der Struktur (Behandlung) der Oberfläche oder des Körpers ab.

Visuelle Reflexion/Brechung gekennzeichnet durch die Gleichheit der Einfalls- und Reflexions-/Brechungswinkel und der Raumwinkel, in die der einfallende und reflektierte/gebrochene Lichtstrom fällt.Ein paralleler Lichtstrahl, der auf eine Oberfläche fällt, wird reflektiert und gebrochen, um einen parallelen Lichtstrahl zu bilden.

Visuelle Reflexion tritt beispielsweise auf, wenn Metalloberflächen (Al, Ag) zerstäubt werden oder wenn Metalloberflächen poliert werden (Al poliert und chemisch oxidiert), und Spiegelbrechung tritt bei gewöhnlichem Glas oder einigen Arten von organischem Glas auf.

Komplexe Reflexion/Brechung, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass der Lichtstrom teilweise nach den Gesetzen der Reflexion/Brechung und teilweise nach den Gesetzen der diffusen Reflexion/Brechung reflektiert/gebrochen wird. Komplexe (gemeinsame) Reflexion wird durch Keramikemail durchgeführt, und komplexe (gemeinsame) Brechung – von Milchglas und einigen Arten von organischem Glas.

Unter völlig diffuser Reflexion/Brechung versteht man eine Reflexion/Brechung, bei der die reflektierende/brechende Oberfläche unabhängig von der Richtung des einfallenden Lichtstrahls in alle Richtungen die gleiche Helligkeit aufweist. Die Eigenschaften einer völlig diffusen Oberfläche besitzen mit weißer Farbe bedeckte Oberflächen sowie Materialien mit einer inneren inhomogenen Struktur, bei denen es im Inneren des Körpers zu vielen Reflexionen und Brechungen kommt (Milchglas).

Diffuse Reflexion/Brechung gekennzeichnet durch eine Vergrößerung des Raumwinkels des reflektierten/gebrochenen Lichtstroms im Vergleich zum einfallenden Raumwinkel. Ein paralleler Lichtstrahl, der auf eine Oberfläche fällt, wird im Raum hauptsächlich in eine Richtung gestreut.

Wie die photometrische Kurve einer Lichtquelle hängt ein reflektierendes oder brechendes Oberflächenelement zusammen Lichtintensität oder Helligkeitswert… Ein Beispiel für diffuse Reflexion können metallisch matte Oberflächen sein und diffuse Brechung kann durch Mattglas oder organische Polymere (Polymethylmethacrylat) erzielt werden.

Eines der Merkmale der achsenemittierenden Fläche ist der Helligkeitsfaktor β, der für den gleichen Beleuchtungsstärkewert bestimmt wird wie das Verhältnis zwischen der Helligkeit in einer bestimmten Richtung einer reflektierenden/durchlässigen Fläche und der Helligkeit Ldif, die diese im Fall von haben würde vollständige diffuse Reflexion/Transmission, identisch mit der Oberfläche, mit einem Reflexionsfaktor gleich eins:

β = L / Ldif =πL /E

Der Wert der Koeffizienten ρ und τ für einige Materialien:

Material Reflexionskoeffizient ρ Transmission τ Bei diffuser Lichtreflexion Magnesiumcarbonat 0,92 — Magnesiumoxid 0,91 — Kreide, Gips 0,85 — Porzellanemaille (weiß) 0,8 — Weißes Papier (Whatman-Papier) 0,76 — Weiße Klebefarbe (weiß getüncht) 0,65 — Rohe Oberfläche aus Eisen Metalle 0,15 — Kohle 0,08 — Nitro-Emaille weiß 0,7 — Diffuse Lichtdurchlässigkeit Silent-Glas (Dicke 2,3 mm) 0,5 0,35 Installiertes Silent-Glas (2,3 mm) 0,30 0,55 Bio-Glas weiß (2-3 mm) 0,35 0,5 Opalglas (2,3 mm) 0,2 0,7 Leuchtendes Papier, gelblich mit Muster 0,35 0,4 Mit gerichteter diffuser Lichtreflexion Geätztes Aluminium 0,62 — Halbmattes Alzak-Aluminium 0,72 — Aluminiumfarbe über Nitrolack 0,55 — Unpoliertes Nickel 0,5 — Unpoliertes Messing 0,45 — Angezeigte diffuse Lichtdurchlässigkeit Chemisch mattiert Glas (2,3 mm) 0,08 0,8 Mechanisch satiniertes Glas (2 mm) 0,14 0,7 Dünnes Pergament (weiß) 0,4 0,4 ​​Seidenweiß 0,3 0, 45 Gerichtete Reflexion (Spiegel) Frisches poliertes Silber 0,92 – Versilbertes Glas (Spiegel) 0,85 – Alzed-Aluminium (poliert). ) 0,8 — Chrom poliert 0,62 — Polierter Stahl 0,5 — Poliertes Messing 0,6 —Blech 0,55 – gerichtete Lichtdurchlässigkeit Klarglas (2 mm) 0,08 0,89 Organisches Glas (2 mm) 0,10 0,85

Die Kenntnis des Reflexionsvermögens reicht nicht aus, um die Reflexionseigenschaften eines Materials zu beschreiben. Da viele Materialien über selektive Reflexionseigenschaften verfügen, die hauptsächlich bestimmte Wellenlängen des Spektrums des einfallenden Lichtflusses reflektieren, wird die reflektierende Oberfläche als eine bestimmte Farbe wahrgenommen.

Die Reflexionseigenschaften jedes Materials werden in Form von Reflexionskurven (Reflexionsgrad in Prozent, abhängig von der Wellenlänge) angegeben und der Reflexionsgrad für eine bestimmte Zusammensetzung des einfallenden Lichtstroms angegeben.