Reflexão, refração e absorção do fluxo de luz

O fluxo de luz que entra nos olhos como resultado da atividade visual é parcialmente criado por fontes de luz primárias e, em maior medida, por superfícies iluminadas por elas, que se tornam fontes de luz secundárias. Em ambos os casos, há uma redistribuição do fluxo luminoso gerado pelas fontes primárias de luz por reflexão, refração e absorção, as superfícies para as quais esse fluxo é direcionado.

Reflexão de luz — Este é o retorno de uma onda de luz quando ela cai na interface entre dois meios com diferentes índices de refração "de volta" para o primeiro meio.

Refração da luz — um fenômeno que consiste em uma mudança na direção de propagação de uma onda de luz ao passar de um meio para outro, que difere no índice de refração da luz.

A absorção de luz é uma redução na intensidade da luz que passa por um meio devido à sua interação com as partículas do meio. É acompanhado pelo aquecimento de uma substância, ionização ou excitação de átomos ou moléculas, processos fotoquímicos, etc.A energia absorvida pela matéria pode ser totalmente ou parcialmente reemitida pela matéria em uma frequência diferente.

A redistribuição do fluxo de luz pode ser ditada pela necessidade de controlar o fluxo de luz em determinadas áreas do espaço (para iluminar objetos que precisam ser distinguidos) ou pela necessidade de reduzir o brilho do campo de visão — no caso de dispositivos de iluminação — ou ocorre devido às propriedades ópticas das superfícies iluminadas.

Fluxo de luz F, um raio incidente na superfície de qualquer objeto físico (fluxo de luz incidente) é dividido em dois ou três componentes:

• uma parte sempre retorna como reflexão, formando um fluxo refletivo Φρ;

• uma parte é sempre absorvida (fluxo absorvido Fα levando a um aumento da temperatura corporal;

• em alguns casos, parte do fluxo de luz é devolvido pela refração (fluxo refrativo Фτ).

Vamos introduzir o conceito de coeficiente de reflexão p, coeficiente de absorção α e índice de refração t:

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/ F,

ρ = Фτ/ F,

Existe uma igualdade entre os coeficientes correspondentes que caracterizam as propriedades ópticas das superfícies iluminadas:

ρ + α + τ = 1

A refração da luz é acompanhada pelo fenômeno da reflexão. Que tipo de reflexão e refração do fluxo de luz ocorre depende das características da superfície ou do corpo e, em grande parte, da estrutura (tratamento) da superfície ou do corpo.

Reflexão visual/refração caracterizada pela igualdade dos ângulos de incidência e reflexão/refração e ângulos sólidos em que incide o fluxo luminoso incidente e refletido/refratado.Um raio de luz paralelo caindo sobre uma superfície é refletido e refratado para formar um raio de luz paralelo.

A reflexão visual ocorre, por exemplo, quando superfícies de metal (Al, Ag) ou superfícies polidas de metal (Al polido e oxidado quimicamente), e a refração especular ocorre com vidro comum ou alguns tipos de vidro orgânico.

Reflexão / refração complexa caracterizada pelo fato de que o fluxo de luz é parcialmente refletido / refratado de acordo com as leis de reflexão / refração e parcialmente de acordo com as leis de reflexão / refração difusa. A reflexão complexa (junta) é realizada por esmalte cerâmico, e refração complexa (junta) — de vidro fosco e alguns tipos de vidro orgânico.

A reflexão/refração totalmente difusa é a reflexão/refração em que a superfície refletora/refratora tem brilho igual em todas as direções, independentemente da direção do feixe de luz incidente. As propriedades de uma superfície completamente difusa são possuídas por superfícies cobertas com tinta branca, bem como por materiais com uma estrutura interna não homogênea em que existem muitos reflexos e refrações dentro do corpo (vidro leitoso).

Reflexão/refração difusa caracterizada por um aumento do ângulo sólido do fluxo de luz refletido/refratado em relação ao ângulo sólido incidente. Um feixe paralelo de luz que incide sobre uma superfície é espalhado no espaço principalmente em torno de uma direção.

Como a curva fotométrica de uma fonte de luz, um elemento refletivo ou refrator da superfície está relacionado intensidade de luz ou valor de brilho… Um exemplo de reflexão difusa pode ser superfícies metálicas foscas e a refração difusa pode ser obtida usando vidro fosco ou polímeros orgânicos (polimetil metacrilato).

Uma das características da superfície emissora do eixo é o fator de brilho β determinado para o mesmo valor de iluminância que a razão entre o brilho em uma determinada direção de uma superfície refletora/transmissora e o brilho Ldif, que teria no caso de reflexão/transmissão difusa completa, idêntica à superfície, com fator de reflexão igual à unidade:

β = L / Ldif =πL /E

O valor dos coeficientes ρ e τ para alguns materiais:

Material Coeficiente de reflexão ρ Transmissão τ Com reflexão de luz difusa Carbonato de magnésio 0,92 — Óxido de magnésio 0,91 — Giz, gesso 0,85 — Esmalte de porcelana (branco) 0,8 — Papel branco (papel Whatman) 0,76 — Tinta adesiva branca (caiada) 0,65 — Superfície bruta de ferroso metais 0,15 — Carvão 0,08 — Nitro esmalte branco 0,7 — Transmissão de luz difusa Vidro silencioso (espessura 2,3 mm) 0,5 0,35 Vidro silencioso instalado (2,3 mm) 0,30 0,55 Biovidro branco (2-3 mm) 0,35 0,5 Vidro opalino (2,3 mm) 0,2 0,7 Papel luminoso, amarelado com padrão 0 ,35 0,4 Com reflexão difusa direcional da luz Alumínio gravado 0,62 — Alumínio Alzak semi-fosco 0,72 — Tinta de alumínio sobre laca nitro 0,55 — Níquel não polido 0,5 — Latão não polido 0,45 — Transmissão difusa indicada da luz Fosco químico vidro (2,3 mm) 0,08 0,8 Vidro acetinado mecânico (2 mm) 0,14 0,7 Pergaminho fino (branco) 0,4 0,4 ​​Seda branca 0,3 0, 45 Reflexão direcionada (espelho) Prata polida fresca 0,92 — Vidro prateado (espelho) 0,85 — Alumínio Alzed (polido) ) 0,8 — Cromo polido 0,62 — Aço polido 0,5 — Latão polido 0,6 —Chapa metálica 0,55 — Transmissão direcional da luz Vidro transparente (2 mm) 0,08 0,89 Vidro orgânico (2 mm) 0,10 0,85

Conhecer a refletividade é insuficiente para descrever as propriedades reflexivas de um material. Dado que muitos materiais têm propriedades reflexivas seletivas que refletem principalmente comprimentos de onda específicos do espectro do fluxo de luz incidente, de acordo com o qual a superfície reflexiva é percebida como tendo uma determinada cor.

As características reflexivas de cada material são dadas na forma de curvas de refletância (refletância, em porcentagem, dependendo do comprimento de onda) e a refletância é indicada para uma composição específica do fluxo de luz incidente.