Отражение и пропускание света, виды отражения и пропускания

Пространст­венное распределение отраженного света определяется структурой поверхности. Отражение света металлами зависит от их электропро­водности. Больший коэффициент отражения характерен для металлов с большей электропроводностью. При отражении от диэлектриков определяющим является соот­ношение показателей преломления диэлектрика и среды, из которой на диэлектрик падает световой поток, а также угол падения света. Для непрозрачных поверхностей большая часть света возвращается в сторону источника. При этом возвращенный свет является суммой излучений, претерпев­ших самые различные степени избирательного поглощения, с изменением спектрального состава света, а значит и его цвета. Зеркальное отражение от полированных металлов сохраняет спектральный состав света и при этом отсутствует поляризация света.

Особенностью пропускания является частичное отражение светового потока в месте его падения. В зависи­мости от материала пропускающего тела световой поток может проходить во всем спектре длин волн светового диапазона или избиратель­но - по цветовым зонам спектра или монохроматично.

Отражение белого света увеличивается за счет покрытия поверх­ностей специальными светоотражающими составами (серно-кислым барием или магнием). Для уменьшения отражения и увеличения пропускания света объективами на поверхность линз наносят про­светляющие покрытия. Уменьшение отражения черных тел для при­дания им большей черноты достигается покрытиемих поверхно­стей слоем вещества, близким по показателю преломления (например, лаком или водой). В результате, из-за гладкости покрытия, поверхностно отраженный свет становится меньшим и поверхность кажется более черной. При этом выявляется зеркальное отражение - свет отбрасы­вается в сторону или выступает в виде блика.

Направленное (зеркальное) отражение (рис. 5, а) характер­но для гладких и полированных поверхностей, неровности которых ма­лы относительно длины волны падающего света. Зеркальное отраже­ние определяется концентрацией светового потока в некотором телес­ном угле, направление оси которого определяется законами зеркаль­ного отражения. Телесный угол падающего и отраженного потоков сохраняется по величине и форме. Яркость зеркально отраженного потока прямо пропорциональна яркости источника.Коэффициент отражения определяется из выражения::

r= F_r / F=I_rw_r / Iw= L_rDS_r / LDS = L_r / L=L_a / L,

где: L - яркость источника света.

Для зеркального отражения справедливы три закона: первый - лучи падающий и отраженный находится в одной плоскости с нор­малью в точке падения; второй - углы падения и отражения относи­тельно нормали равны; третий - для зеркально отраженного света применяется закон квадратов расстояний, начиная от его изоб­ражения в зеркале поверхности.

Рис. 5. Виды отражения: а — направленное; б — диффузное;
в — направленно-рассеянное; г — смешанное

Диффузное (рассеянное, равнояркое) отражение (рис. 5, б) характерно для матовых и шероховатых поверхностей с беспорядочными микроне­ровностями, по величине превышающими или соизмеримыми с длиной волны падающего света. Диффузное отражение является условием видимости окружающих тел, так как каждая точка освещенной по­верхности испускает отраженные лучи во все стороны. При отсутст­вии диффузного отражения тела не видны (воздух, стекло на про­свет).

Диффузное отражение характеризуется равномерным отражением света в пределах телесного угла 2p ср, расположенного над отража­ющей поверхностью в полусфере, независимо от направления, падаю­щего светового потока, и описывается законом Ламберта, по которому яркость L_a постоянна для любого угла рассматривания диффузной по­верхности, а сила света в зависимости от угла a изменяется по закону косинуса, что весьма подробно рассматривалось выше. На рис. 5, б cечение полусферы равнояркости отражения L_a изображено полуокружностью.

Направленно рассеянное отражение характеризуется тем, что отраженный поток концентрируется в телесном угле, отличном по величине от телесного угла, в котором распространяется падающий поток, причем направление оси телесного угла отраженного потока соответствует закону зеркального отражения (рис. 5, в). При отражении от диэлектриков определяющим является соот­ношение показателей преломления диэлектрика и среды, из которой на диэлектрик падает световой поток, а также угол падения света. Направленно рассеянно отражающая по­верхность имеет яркость, различную в различных направлениях. Для направленно рассеянно отражающих поверхностей, та­ких, как, например, окрашенные алюминиевой краской, коэффи­циент яркости в направлении максимального отражения колеблется от 2—3 до 6—8; у структурных альзакированных поверхностей отражателей осветительных приборов коэффициент яркости составляет 4—8; у экрана фронтпроекции он доходит до 500—800 (у бисерных экранов направленно рассеянный световой поток отражается в сторону падающего светового потока, изменив направление на обратное, а не на зеркальное). Направ­ленно-рассеянным отражением обладает глянцевая бумага, матированный металл, крашеные поверхности и др. При отражении от таких поверхностей источник света виден расплывчатым пятном.

Смешанное отражение характеризуется наличием направленно­ рассеянного и диффузного отражения одновременно (рис. 5, г). Коэффициент яркости для таких поверхностей в сторону направленного отражения может быть больше единицы. Смешанное отражение создают такие материалы как фарфоровая эмаль, слабо матированные поверхности. В месте увеличения яркости наблюдается т.н. горячее пятно.

Направленное пропускание (рис.6, а) характерно прямым прохождением света через прозрачные тела в одном и том же телесном угле при совпадении направления падающего и пропущенного потоков (прозрачные пластмассы, стекло). Рассеяние света в прозрачной среде пренебрежимо мало. Ось пропущенного светового потока смещается из-за преломления света средой.

 

Рис. 6. Виды пропускания: а – направленное; б – диффузное; в – направленно-рассеянное; г– смешанное

 

Диффузноепропускание (рис. 6, б) характерно равномерным распределением пропущенного светового потока во всех направлениях внутри телесного угла 2л стерадиан, расположенного за пропускаю­щим телом. Источник света из-за полного рассеяния не виден. Подоб­ные тела кажутся самосветящимися (молочные, опаловые стекла и аналогичные пластмассы).

Направленно-рассеянное пропускание (рис. 6, в) характерно большим телесным углом пропущенного рассеянного потока, сохра­няющего направление падающего потока. Источник излучения в про­ходящем свете виден расплывчатым (пластмасса, матированное стекло). Направленно рассеивающие пропускающие материалы, такие, как матированные стекла, могут иметь коэффициенты яркости от 3—4 до 8—12 при грубом матировании и до 80—100 при тонком матиро­вании; материалы для экранов рирпроекции имеют коэффициенты яркости в пределах от 2—3 до 5—6.

Смешанное пропускание (рис. 6, г ) характерно совокупнос­тью диффузного пропускания светового потока с рассеянно направлен­ным, ось которого совпадает с осью падающего потока (проявленный фотослой, слабо матированное стекло, ткани, пропитанные лаком).