Hiện tượng phản xạ, khúc xạ và hấp thụ ánh sáng

Luồng ánh sáng đi vào mắt do hoạt động thị giác được tạo ra một phần bởi các nguồn sáng chính và ở mức độ lớn hơn là do các bề mặt được chúng chiếu sáng, trở thành nguồn sáng thứ cấp. Trong cả hai trường hợp, có sự phân phối lại thông lượng ánh sáng do các nguồn sáng chính tạo ra thông qua phản xạ, khúc xạ và hấp thụ, các bề mặt mà thông lượng này hướng tới.

Sự phản xạ ánh sáng — Đây là sự quay trở lại của sóng ánh sáng khi nó rơi vào mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau "quay lại" vào môi trường thứ nhất.

Khúc xạ ánh sáng — một hiện tượng bao gồm sự thay đổi hướng truyền của sóng ánh sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác, khác nhau về chỉ số khúc xạ ánh sáng.

Sự hấp thụ ánh sáng là sự giảm cường độ ánh sáng đi qua một môi trường do sự tương tác của nó với các hạt của môi trường. Nó đi kèm với việc làm nóng một chất, ion hóa hoặc kích thích các nguyên tử hoặc phân tử, các quá trình quang hóa, v.v.Năng lượng mà vật chất hấp thụ có thể được vật chất tái phát lại hoàn toàn hoặc một phần ở một tần số khác.

Việc phân phối lại thông lượng ánh sáng có thể được quyết định bởi nhu cầu kiểm soát thông lượng ánh sáng trong các khu vực không gian nhất định (để chiếu sáng các vật thể cần phân biệt) hoặc do nhu cầu giảm độ sáng của trường nhìn — trong trường hợp thiết bị chiếu sáng — hoặc xảy ra do tính chất quang học của các bề mặt được chiếu sáng.

Thông lượng ánh sáng F, một tia tới trên bề mặt của bất kỳ vật thể vật lý nào (thông lượng ánh sáng tới) được chia thành hai hoặc ba thành phần:

• một phần luôn trở lại dưới dạng phản xạ, tạo thành từ thông phản xạ Φρ;

• một phần luôn hấp thụ (thông lượng hấp thụ Fα dẫn đến tăng thân nhiệt;

• trong một số trường hợp, một phần của thông lượng ánh sáng bị phản xạ trở lại (thông lượng khúc xạ Фτ).

Hãy nêu khái niệm hệ số phản xạ p, hệ số hấp thụ α và chiết suất t:

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/ F,

ρ = Фτ/ F,

Có sự bằng nhau giữa các hệ số tương ứng đặc trưng cho tính chất quang học của các bề mặt được chiếu sáng:

ρ + α + τ = 1

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng kèm theo hiện tượng phản xạ ánh sáng. Loại phản xạ và khúc xạ nào của luồng ánh sáng diễn ra phụ thuộc vào đặc điểm của bề mặt hoặc vật thể và phần lớn phụ thuộc vào cấu trúc (cách xử lý) của bề mặt hoặc vật thể.

Sự phản xạ/khúc xạ trực quan được đặc trưng bởi sự bằng nhau của các góc tới và góc phản xạ/khúc xạ và các góc đặc trong đó dòng ánh sáng tới và phản xạ/khúc xạ rơi xuống.Một tia sáng song song chiếu vào một bề mặt thì bị phản xạ và khúc xạ tạo thành tia sáng song song.

Ví dụ, phản xạ thị giác xảy ra khi bề mặt phún xạ kim loại (Al, Ag) hoặc bề mặt kim loại được đánh bóng (Al được đánh bóng và oxy hóa hóa học), và hiện tượng khúc xạ gương xảy ra với thủy tinh thông thường hoặc một số loại thủy tinh hữu cơ.

Sự phản xạ / khúc xạ phức tạp được đặc trưng bởi thực tế là dòng ánh sáng bị phản xạ / khúc xạ một phần theo quy luật phản xạ / khúc xạ phản xạ và một phần theo quy luật phản xạ / khúc xạ khuếch tán. Phản xạ (khớp) phức tạp được thực hiện bởi men gốm, và khúc xạ (khớp) phức tạp — từ kính mờ và một số loại thủy tinh hữu cơ.

Phản xạ/khúc xạ toàn phần là phản xạ/khúc xạ trong đó bề mặt phản xạ/khúc xạ có độ sáng bằng nhau theo mọi phương, không phụ thuộc vào phương của chùm sáng tới. Các đặc tính của bề mặt khuếch tán hoàn toàn được sở hữu bởi các bề mặt phủ sơn trắng, cũng như các vật liệu có cấu trúc không đồng nhất bên trong, trong đó có nhiều phản xạ và khúc xạ bên trong cơ thể (ly sữa).

Phản xạ/khúc xạ khuếch tán được đặc trưng bởi sự gia tăng góc khối của dòng ánh sáng phản xạ/khúc xạ so với góc khối tới. Một chùm ánh sáng song song chiếu vào một bề mặt bị tán xạ trong không gian chủ yếu quanh một hướng.

Giống như đường cong trắc quang của nguồn sáng, phần tử bề mặt phản xạ hoặc khúc xạ có liên quan cường độ ánh sáng hoặc giá trị độ sáng… Một ví dụ về phản xạ khuếch tán có thể là các bề mặt mờ kim loại và có thể thu được sự khúc xạ khuếch tán bằng cách sử dụng thủy tinh mờ hoặc polyme hữu cơ (polymethyl methacrylate).

Một trong những đặc điểm của bề mặt phát ra trục là hệ số độ sáng β được xác định cho cùng một giá trị độ rọi như tỷ lệ giữa độ sáng theo một hướng nhất định của bề mặt phản xạ / truyền và độ sáng Ldif, mà nó sẽ có trong trường hợp phản xạ / truyền khuếch tán hoàn toàn, giống hệt với bề mặt, với hệ số phản xạ bằng đơn vị:

β = L / Ldif =πL /E

Giá trị của các hệ số ρ và τ đối với một số vật liệu:

Vật liệu Hệ số phản xạ ρ Truyền τ Với phản xạ ánh sáng khuếch tán Magiê cacbonat 0,92 — Magie oxit 0,91 — Phấn, thạch cao 0,85 — Men sứ (trắng) 0,8 — Giấy trắng (giấy Whatman) 0,76 — Sơn dính trắng (tẩy trắng) 0,65 — Bề mặt thô của kim loại màu kim loại 0,15 — Than đá 0,08 — Nitro men trắng 0,7 — Truyền ánh sáng khuếch tán Kính không tiếng (dày 2,3 mm) 0,5 0,35 Kính không tiếng lắp đặt (2,3 mm) 0,30 0,55 Kính trắng sinh học (2-3 mm) 0,35 0,5 Kính opal (2,3 mm) 0,2 0,7 Giấy dạ quang, hơi vàng có hoa văn 0 ,35 0,4 Với phản xạ khuếch tán có hướng của ánh sáng Nhôm khắc 0,62 — Nhôm Alzak bán mờ 0,72 — Sơn nhôm trên sơn mài nitro 0,55 — Niken chưa đánh bóng 0,5 — Đồng thau chưa đánh bóng 0,45 — Truyền ánh sáng khuếch tán được chỉ định Làm mờ hóa học thủy tinh (2,3 mm) 0,08 0,8 Kính sa tanh cơ học (2 mm) 0,14 0,7 Giấy da mỏng (màu trắng) 0,4 0,4 ​​Màu trắng lụa 0,3 0, 45 Phản xạ định hướng (gương) Bạc mới được đánh bóng 0,92 — Kính tráng bạc (gương) 0,85 — Nhôm Alzed (được đánh bóng) ) 0,8 — Chrome đánh bóng 0,62 — Thép đánh bóng 0,5 — Đồng thau đánh bóng 0,6 —Tấm kim loại 0,55 — Sự truyền ánh sáng có hướng Thủy tinh trong suốt (2 mm) 0,08 0,89 Thủy tinh hữu cơ (2 mm) 0,10 0,85

Biết hệ số phản xạ là không đủ để mô tả các đặc tính phản xạ của vật liệu. Cho rằng nhiều vật liệu có đặc tính phản xạ chọn lọc chủ yếu phản xạ các bước sóng cụ thể của quang phổ của luồng ánh sáng tới, theo đó bề mặt phản xạ được coi là có một màu nhất định.

Các đặc tính phản xạ của từng vật liệu được đưa ra dưới dạng các đường cong phản xạ (độ phản xạ, tính bằng phần trăm, tùy thuộc vào bước sóng) và độ phản xạ được biểu thị cho một thành phần cụ thể của thông lượng ánh sáng tới.