Отражение, пречупване и поглъщане на светлинния поток

Светлинният поток, влизащ в очите в резултат на зрителна дейност, се създава отчасти от първични източници на светлина и в по -голяма степен от осветени от тях повърхности, които стават вторични източници на светлина. И в двата случая има преразпределение на светлинния поток, генериран от първичните източници на светлина чрез отражение, пречупване и поглъщане, повърхностите, към които е насочен този поток.

Светло отражение — Това е връщане на светлинна вълна, когато тя падне върху интерфейса между две среди с различни показатели на пречупване „обратно“ в първата среда.

Пречупване на светлината — явление, състоящо се в промяна на посоката на разпространение на светлинна вълна при преминаване от една среда в друга, която се различава по показателя на пречупване на светлината.

Поглъщане на светлина е намаляване на интензитета на светлината, преминаваща през средата, поради нейното взаимодействие с частиците на средата. То е придружено от нагряване на вещество, йонизация или възбуждане на атоми или молекули, фотохимични процеси и пр. Енергията, погълната от веществото, може да бъде напълно или частично повторно излъчена от вещество с различна честота.

Преразпределението на светлинния поток може да бъде продиктувано от необходимостта да се контролира светлинния поток в определени области на пространството (за осветяване на обекти, които трябва да бъдат разграничени) или от необходимостта да се намали яркостта на зрителното поле — в случай на светлинни устройства — или възниква поради оптичните свойства на осветените повърхности.

Светлинен поток Ф, инцидент с лъч върху повърхността на всеки физически обект (инцидент светлинен поток) е разделен на два или три компонента:

• една част винаги се връща като отражение, образувайки отразяващ поток Фρ;

• една част винаги се абсорбира (абсорбиран поток Фαводещи до повишаване на телесната температура;

• в някои случаи част от светлинния поток се връща чрез пречупване (рефракционен поток Фτ).

Нека въведем концепцията за коефициента на отражение p, коефициента на поглъщане α и коефициент на пречупване t:

ρ = Фρ/ F,

ρ = Фα/ F,

ρ = Фτ/ F,

Между съответните коефициенти, характеризиращи оптичните свойства на осветените повърхности, има равенство:

ρ + α + τ = 1

Пречупването на светлината е придружено от явлението отражение. Какъв вид отражение и пречупване на светлинния поток се извършва зависи от характеристиките на повърхността или тялото и до голяма степен от структурата (обработката) на повърхността или тялото.

Зрително отражение / пречупване характеризиращ се с равенство на ъглите на падане и отражение / пречупване и твърди ъгли, в които пада падащият и отразеният / пречупен светлинен поток. Паралелен лъч светлина, който пада върху повърхността, се отразява и пречупва, за да образува паралелен светлинен лъч.

Зрително отражение възниква например, когато метални пръскащи (Al, Ag) повърхности или метални полирани повърхности (полирани с Al и химически окислени), а огледално пречупване се случва с обикновено стъкло или някои видове органично стъкло.

Сложно отражение / пречупване характеризиращ се с това, че светлинният поток се отразява частично / пречупва според законите на отражението на отражението / пречупването и частично според законите на дифузното отражение / пречупване.Сложното (съвместно) отражение се осъществява чрез керамичен емайл, а сложното (съвместно) пречупване — от матирано стъкло и някои видове органично стъкло.

Напълно разсеяно отражение / пречупване има отражение / пречупване, при което отразяващата / пречупващата повърхност има еднаква яркост във всички посоки, независимо от посоката на падащия светлинен лъч. Свойствата на напълно дифузна повърхност се притежават от повърхности, покрити с бяла боя, както и от материали с вътрешна нехомогенна структура, в които има много отражения и пречупвания вътре в тялото (млечно стъкло).

Дифузно отражение / пречупване характеризиращ се с увеличаване на плътния ъгъл на отразения / пречупен светлинен поток в сравнение с падащия твърд ъгъл. Паралелен лъч светлина, падащ върху повърхността, се разсейва в пространството главно около една посока.

Подобно на фотометричната крива на светлинен източник, отразяващ или пречупващ повърхностен елемент е свързан светлинен интензитет или стойност на яркостта… Пример за дифузно отражение могат да бъдат метални матови повърхности и дифузно пречупване може да се получи с помощта на матирано стъкло или органични полимери (полиметилметакрилат).

Една от характеристиките на оситеизлъчваната повърхност е фактор на яркосттаβопределено за същата стойност на осветеност като съотношението между яркостта в дадена посока на една отразяваща / пропускаща повърхност и яркостта Ldif, който би имал в случай на пълно дифузно отражение / предаване, идентичен с повърхността, с коефициент на отражение, равен на единица:

β = L / Ldif =πL /E

Стойността на коефициентите ρ и τ за някои материали:

Материал Коефициент на отражение ρ Предаване τ С дифузно отражение на светлината Магнезиев карбонат 0,92 — Магнезиев оксид 0,91 — Креда, гипс 0,85 — Порцеланов емайл (бял) 0,8 — Бяла хартия (хартия Whatman) 0,76 — Бяла лепилна боя (варосана) 0,65 — Необработена повърхност от черни метали 0,15 — Въглища 0,08 — Нитроемайл бял 0,7 — Дифузно предаване на светлина Безшумно стъкло (дебелина 2,3 мм) 0,5 0,35 Поставено безшумно стъкло (2,3 мм) 0,30 0,55 Био стъкло бяло (2-3 мм) 0,35 0,5 Опалово стъкло (2,3 мм) 0,2 0,7 Осветяваща хартия, жълтеникава с шарка 0,35 0,4 С насочено разсейващо отражение на светлината Гравиран алуминий 0,62 — Полу-матов алзакиран алуминий 0,72 — Алуминиева боя върху нитро лак 0,55 — Неполиран никел 0,5 — Неполиран месинг 0,45 — Посочено дифузно предаване на светлина Химично матирано стъкло (2,3 мм) 0,08 0,8 Стъкло с механично сатенено покритие (2 мм) 0,14 0,7 Тънък пергамент (бял) 0,4 0,4 Копринено бяло 0,3 0,45 Насочено отражение (огледално) Прясно полирано сребро 0,92 — Посребрено стъкло (огледало) 0,85 — Алзиран алуминий (полиран) 0,8 — Хром полиран 0,62 — Полирана стомана 0,5 — Полиран месинг 0,6 — Ламарина 0,55 — Насочено предаване на светлината Прозрачно стъкло (2 мм) 0,08 0,89 Органично стъкло (2 мм) 0,10 0,85

Познаването на отразяващата способност е недостатъчно, за да се опишат отразяващите свойства на материала. Като се има предвид, че много материали имат селективни отразяващи свойства, които отразяват главно специфични дължини на вълните на спектъра на падащия светлинен поток, според който отразяващата повърхност се възприема като имаща определен цвят.

Отразяващите характеристики на всеки материал са дадени под формата на криви на отражение (отражателна способност, в проценти, в зависимост от дължината на вълната) и отражението е посочено за специфичен състав на падащия светлинен поток.