Коэффициент отражения красного кирпича

Коэффициент отражения красного кирпича

Отражение света от металлической поверхности. Оптические характеристики металлов.

Металлическая поверхность имеет большой коэффициент отражения. Это обусловлено наличием в металлах большого числа «свободных» электронов (т.е. электронов не связанных с конкретным атомом, а могущих перемещаться внутри кристаллической решетки металла). Вторичные волны, обусловленные вынужденными колебаниями этих электронов, ведут к образованию сильной отраженной волны (отражается 95% и больше) и слабой волны, идущей внутрь металла. Та часть световой энергии, которая проникает внутрь металла, испытывает в нем поглощение (за счет потерь на Джоулево тепло – взаимодействие свободных электронов с ионами решетки). Какая доля света отражается, а какая проходит внутрь и поглощается – это зависит от проводимости металла. В «идеальном» проводнике поглощение равно нулю, но падающий свет полностью отражается и внутрь ничего не проходит. К этому приближается чистая поверхность серебра, натрия. Железо отражает 30-40% падающего света.

При сравнительно небольших частотах (ИК) оптические свойства металла обуславливаются главным образом поведением свободных электронов. При переходе к видимому и УФ свету начинают играть роль также связанные электроны, характеризующиеся собственной частотой, лежащей в области более коротких длин волн. Коэффициент отражения в этой области сильно зависит от частоты.

Полная теория прохождения света через металлы и отражения от их поверхности должна учитывать все эти особенности. Это тем более трудно, что электронная теория металлов требует применения квантовой механики. При упрощенной трактовке вопроса, основанной на электромагнитной теории Максвелла, задача сводится к учету проводимости металла, то есть к введению формально в уравнения Максвелла члена, зависящего от коэффициента электропроводности σ. Уравнения Максвелла

Считаем по-прежнему, что среда изотропна и однородна, электрически нейтральна. Значит

, , ρ=0, μ=1 (для оптических частот это выполняется даже для магнетиков). Но σ≠0 . Нас интересует первое из уравнений (9.1). Подставим сюда соотношение j = σE . Получим

Оно отличается от случая диэлектрика наличием члена, содержащего σ. Мы будем рассматривать плоскую монохроматическую волну , тогда и .. Подставив это в (1) получим

Полученное выражение отличается от случая диэлектрика только тем, что вместо вещественной величины диэлектрической проницаемости стоит комплексная величина

следовательно, мы можем использовать все соотношения, полученные ранее для диэлектриков, заменив ε на . Насколько существенна мнимая часть по сравнению с действительной? Сделаем численную оценку для меди. Медь – хороший проводник. Её удельное сопротивление равно .

Тогда , а – оптическом диапазоне. Таким образом, получаем, что . Но ε порядка единицы, и, получается, что мнимая часть много больше действительной. На практике электропроводность для высоких (оптических) частот значительно меньше, чем в статическом случае. Для типичных металлов и в формуле (2) существенна как действительная, так и мнимая часть.

Если диэлектрическая проницаемость комплексная, то комплексным будет и показатель преломления. Запишем его так:

– величина порядка единицы (видно из-за оценки слагаемых в формуле (2))

Чтобы выяснить физический смысл вернемся к выражению для плоской волны

Волновое число – комплексное:

Мы уже имели дело с комплексным волновым числом и видели, что мнимая часть означает наличие затухания амплитуды волны.

Это – затухающая волна. Величина κ – коэффициент затухания. Здесь в отличие от полного внутреннего отражения затухание связано с поглощением, т.е. переходом энергии излучения в другие виды энергии.

Так как интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, то для интенсивности получим

или Это – закон Бугера. (Он применяется вообще к любым поглощающим средам). Коэффициент поглощения α обычно (при не слишком больших интенсивностях) не зависит от интенсивности I , но он всегда зависит от длины волны. Коэффициент поглощения может быть и отрицательным, α<0, это соответствует усилению света ( например, в лазерах).

Глубина проникновения э-м волны в металл.. За неё принимается такая глубина. d , н а которой амплитуда уменьшается в e раз.

Для металлов κ– величина порядка единицы, обычно больше единицы. Это значит, что волна проникает на глубину, меньшую длины волны, т.е. никакого периодического изменения поля внутри металла нет.

Два параметра, n и κ, являются константами, характеризующими оптические свойства металла. Два параметра – ε и σ – характеризуют его электрические свойства. Мы можем связать оптические характеристики с электрическими. Имеем

откуда получаем, возводя n в квадрат

Приравняв отдельно действительную и мнимую части, получим

Решив эти уравнения, можно перейти от оптических характеристик к электрическим, или наоборот.

«Совершенный» с точки зрения электродинамики проводник характеризуется бесконечной проводимостью. Какие при этом n и κ? Разделив одно из предыдущих равенств на другое, получим

Следовательно, и, так как , то . Всё поглощается на бесконечно малом пути. Реально показатель преломления далек от бесконечности, часто он даже меньше единицы. Заметим, что для высоких частот (видимый и ультрафиолетовый свет) все четыре величины, характеризующие металл, n , ֵ κ, ε, σ зависят от частоты и только для низких частот электропроводность σ при б лижается к значению, полученному для постоянных полей.

Коэффициент отражения электромагнитной волны от металла получим, подставив в формулу для коэффициента отражения выражение Так как показатель преломления комплексный, берем отношение квадратов модулей. Получим

Если сравнить с диэлектриком,

, то видно, что коэффициент отражения от металла больше, чем от диэлектрика с таким же показателем преломления n . Кроме того – чем больше мнимая часть в выражении для , тем больше и коэффициент отражения! Металлы хорошо отражают видимый свет. Значит мнимая часть их показателя преломления очень велика. Однако мы видим, что большая мнимая часть показателя преломления означает сильное поглощение. Таким образом, имеется общее правило – если какой либо материал оказывается хорошим поглотителем при какой то частоте, то отражение волн от его поверхности на этой частоте велико и очень мало световой энергии попадает внутрь. Отражение от поверхности металла имеет характерный «металлический» блеск. Подобный же эффект можно наблюдать на сильных красителях. Чистые кристаллы самых сильных красителей имеют металлический блеск. Это можно наблюдать, например, у засохших чернил. Фиолетовые чернила имеют золотистый оттенок, красные – зеленый. Объяснить это можно так. Красные чернила поглощают из проходящего света зеленые лучи, так что если концентрация чернил очень велика, они будут давать сильное поверхностное отражение при частое зеленого света. Наоборот, если концентрация красителя не так велика (разведенные чернила, цветное стекло), то в отражении мы видим тот же цвет, что и на просвет. Это потому, что мы видим свет, прошедший внутрь материала и отразившийся от неоднородностей внутри него и от противоположной поверхности. Здесь зеленые лучи (в красных чернилах) поглотились, а красные вышли и блеска такого нет.

Коэффициент отражения (оптика)

Коэффицие́нт отраже́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела отражать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая или латинская [1] .

Содержание

Определения

Количественно коэффициент отражения равен отношению потока излучения, отраженного телом, к потоку, упавшему на тело [1] :

Характеризует способность тел зеркально отражать падающее на них излучение. Количественно определяется отношением зеркально отраженного потока излучения к падающему потоку:

Характеризует способность тел зеркально отражать падающее на них излучение. Количественно определяется отношением диффузно отраженного потока излучения к падающему потоку:

См. также

Примечания

1. ↑ 12ГОСТ 26148—84. Фотометрия. Термины и определения.

• Физические величины по алфавиту
• Оптика
• Фотометрия

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Коэффициент отражения (оптика)» в других словарях:

Коэффициент поглощения (оптика) — Размерность безразмерная Примечания скалярная величина Коэффициент поглощения  безразмерная физиче … Википедия

Коэффициент рассеяния (оптика) — Размерность безразмерная Примечания скалярная величина Коэффициент рассеяния  безразмерная физическ … Википедия

Коэффициент отражения (значения) — Коэффициент отражения: Коэффициент отражения в квантовой механике Коэффициент отражения (в радиотехнике) в теории электрических цепей Коэффициент отражения (оптика) в оптике и фотометрии … Википедия

коэффициент отражения — (ρ, R) Величина, определяемая отношением отраженного потока излучения к падающему потоку излучения. [ГОСТ 26148 84] Тематики оптика, оптические приборы и измерения Обобщающие термины фотометрические параметры и характеристики веществ, сред и… … Справочник технического переводчика

абсолютный спектральный коэффициент отражения спектральной дифракционной решетки — Отношение потока с данной длиной волны, дифрагированного в данный порядок спектра, к потоку той же длины волны, падающему на спектральную дифракционную решетку. [ГОСТ 27176 86] Тематики оптика, оптические приборы и измерения … Справочник технического переводчика

относительный спектральный коэффициент отражения спектральной дифракционной решетки — Отношение потока с данной длиной волны, дифрагированного в данный порядок спектра, к потоку той же длины волны, отраженному зеркалом из того же материала, что и оптическая поверхность, на которой образована спектральная дифракционная решетка.… … Справочник технического переводчика

Коэффициент пропускания — Размерность безразмерная Примечания скалярная величина Коэффициент пропускания  безразмерная физическая в … Википедия

коэффициент диффузного отражения — (ρd , Rd) Величина, определяемая отношением диффузно отраженного потока излучения к падающему потоку излучения. Примечание При наличии смешанного отражения коэффициент отражения ρ складывается из коэффициентов зеркального ργ и… … Справочник технического переводчика

Коэффициент поглощения — Коэффициент поглощения  доля поглощения объектом взаимодействующего с ним другого объекта. Взаимодействующим объектом может быть электромагнитное излучение, энергия звуковых волн, ионизирующее или проникающее излучение, вещество (например,… … Википедия

Коэффициент ослабления (фотометрия) — Коэффициент ослабления  безразмерная физическая величина, характеризующая степень уменьшения мощности излучения после прохождения им некоторого расстояния в среде или в результате отражения от границы раздела двух сред[1]. Если речь идет об… … Википедия

Блог санитарного врача

Будущее принадлежит медицине предупредительной. Н.И. Пирогов

Метки

Приборы

еЛайт-01 – люксметр-яркомер-пульсметр

Главная />Физические факторы />Освещенность и световая среда

Освещенность и световая среда

Определение коэффициента отражения рабочей поверхности субъективным и объективным методами.

Определение коэффициента отражения рабочей поверхности субъективным и объективным методами.
1. Определения коэффициента отражения рабочих поверхностей субъективным методом.

Для определения коэффициента отражения рабочих поверхностей пользуются готовыми шкалами сравнения. Шкалу накладывают на исследуемую поверхность и подбирают подходящую по густоте окраски полоску. Таким образом определяется, хотя приблизительно, но с достаточной для практических целей точностью, коэффициент отражения данной поверхности.

I. Шкала сравнения для определения коэффициентов отражения черных, серых и белых поверхностей (коэффициенты отражений выражены в процентах).

II. Шкала сравнения для определения коэффициентов отражения цветных поверхностей (коэффициенты отражения выражены в процентах).

2. Определения коэффициента отражения рабочих поверхностей объективным методом.

ГОСТ Р 50923-96. Дисплеи. Рабочее место оператора. Общие эргономические требования и требования к производственной среде. Методы измерения
Приложение В (рекомендуемое). измерение (определение) коэффициентов отражения поверхностей.

B.1 Коэффициенты отражения поверхностей (стол, пюпитр и др.) измеряют с помощью фотометра и других средств измерения, предназначенных для измерения коэффициентов диффузного отражения.
Для измерения используют образцы, окрашенные в цвет, соответствующий цвету измеряемых поверхностей. Размеры образцов должны соответствовать размерам средств измерения.

В.2 Коэффициенты отражения поверхностей допускается определять визуально сравнением отражающих свойств исследуемых поверхностей с эталонной шкалой коэффициентов отражения, изготавливаемой специально.
Эталонная шкала должна состоять из квадратных или прямоугольных эталонных пластин одинакового размера и цветового тона, но разного коэффициента отражения от 0,1 до 0,9. Эталонные пластины располагают рядом таким образом, чтобы в одном направлении шкалы их коэффициент отражения убывал или увеличивался с постоянным шагом 0,1. Коэффициент отражения эталонных пластин измеряют также с помощью фотометра или других средств измерения коэффициентов диффузного отражения.

В.3 Коэффициенты отражения поверхностей определяют также косвенным методом, исходя из результатов измерений освещенности и яркости исследуемых поверхностей.
При измерении освещенности исследуемую поверхность освещают источником света типа А по ГОСТ 7721и проводят измерения, как указано в 6.2 настоящего стандарта.
При измерении яркости яркомер устанавливают под углом 45° к нормали фотометрируемой поверхности и измеряют ее яркость в соответствии с 6.3.2 настоящего стандарта.
Коэффициент отражения поверхности рассчитывают по формуле

Отражение, преломление и поглощение светового потока

Световой поток, попадающий в глаза в результате зрительной деятельности, создается частично от первичных источников света и в большей степени от освещенных ими поверхностей которые становятся вторичными источниками света. В обоих случаях, имеет место перераспределение светового потока генерируемого первичными источниками света посредством отражения, преломления и поглощения, поверхностями на которые этот поток направлен.

Отражение света — это возвращение световой волны при ее падении на поверхность раздела двух сред с различными показателями преломления «обратно» в первую среду.

Преломление света — явление, заключающееся в изменении направления распространения световой волны при переходе из одной среды в другую, отличающуюся показателем преломления света.

Поглощение света — это уменьшение интенсивности света, проходящего через среду, вследствие взаимодействия его с частицами среды. Сопровождается нагреванием вещества, ионизацией или возбуждением атомов или молекул, фотохимическими процессами и т. д. Поглощенная веществом энергия может быть полностью или частично переизлучена веществом с другой частотой.

Перераспределение светового потока может быть продиктовано необходимостью управления световым потоком на определенных участках пространства (для освещения предметов которые необходимо различать) или необходимостью уменьшения яркости зрительного поля — в случае световых приборов — или имеет место благодаря оптическим свойствам освещаемых поверхностей.

Световой поток Ф, луча падающий на поверхность любого физического предмета (падающий световой поток) делится на две или три составные части:

одна часть всегда возвращается отражением, образуя отражающий поток Ф ρ ;

одна часть всегда поглощается (поглощаемый поток Ф α , приведя к возрастанию температуры тела;

в некоторых случаях, часть светового потока возвращается преломлением (преломляющий поток Ф τ ).

Введем понятие коэффициента отражения р, коэффициента поглощения α и коэффициента преломления т:

Между соответствующими коэффициентами, которые характеризуют оптические свойства освещаемых поверхностей, имеет место равенство:

Преломление света сопровождается явлением отражения. Под каким видом осуществляется отражение и преломление светового потока зависит от характеристик поверхности или тела и в большой степени от структуры (обработки) поверхности или тела.

Зеркальное отражение/преломление характеризуется равенством углов падения и отражения/преломлепия и телесными углами, в которых попадают падающий и отраженный/преломленный световой поток. Параллельный пучок света, который падает на поверхность, отражается, преломляется также под форму параллельного пучка света.

Зеркальное отражение имеет место, например, при металлическом напылении (Al, Ag) поверхности или металлическими полированными поверхностями (Al-полированный и химически оксидированный), а зеркальное преломление — обычным стеклом или определенными сортами органического стекла.

Сложное отражение/преломления характеризуется тем, что световой поток частично отражается/преломляется согласно законам зеркального отражения/преломления и частично согласно законам диффузного отражения/преломления. Сложное (совместное) отражение реализуется керамической эмалью, а сложное (совместное) преломление — матовым стеклом и определенными сортами органического стекла.

Полностью диффузное отражение/преломление есть отражение/преломление, в котором отражающая/преломляющая поверхность имеет одинаковую яркость во все направления, независимо от направления падающего светового пучка. Свойствами полностью диффузной поверхности обладают поверхности покрытые белой краской, а также материалы с внутренней неоднородной структурой, в которых имеет место множество отражений и преломлений внутри объема тела (молочное стекло).

Рассеянное отражение/преломление характеризуется возрастанием телесного угла отраженного/преломленного светового потока по сравнению с падающим телесным углом. Параллельный пучок света, падающий на поверхность, рассеивается в пространстве преимущественно вокруг одного направления.

Подобно фотометрической кривой источника света, элементу отражающей или преломляющей поверхности ассоциируется значение силы света или яркости. Примером диффузного отражения могут составить металлические матовые поверхности, а диффузное преломление можно получить, используя матовое стекло или органические полимеры (полиметилметакрилат).

Одной из характеристик ос вещаемой поверхности является коэффициент яркости β , определенный для того же значения освещенности, как отношение между яркостью в заданном направлении одной отражающей/пропускающей поверхности и яркости L_dif , которую имел бы в случае полного диффузного отражения/пропускания, идентичной поверхности, имея коэффициент отражения равный единице:

Значение коэффициентов ρ и τ для некоторых материалов:

Знание коэффициента отражения недостаточно для описания отражающих свойств материала. Учитывая, что множество материалов обладают селективными отражающими свойствами, которые отражают главным образом определенные длины волн спектра падающего светового потока в соответствии с которыми отражающая поверхность воспринимается как имеющая определенный цвет.

Отражающие характеристики любого материала приводятся в виде кривых отражения (коэффициентом отражения, в процентах, в зависимости от длины волны) и коэффициент отражения указывается для определенного состава падающего светового потока.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!