Отражение

Кривые спектрального отражения из алюминия (Al), серебра (Ag) и золота (Au) металлических зеркал при нормальном падении.

Коэффициент отражения поверхности материала – это его эффективность в отражении лучистой энергии . Это доля падающей электромагнитной мощности, которая отражается от границы. Отражение является компонентом реакции электронной структуры материала на электромагнитное поле света и, как правило, является функцией частоты или длины волны света, его поляризации и угла падения . Зависимость коэффициента отражения от длины волны называется спектром отражения или спектральной кривой отражения .

Математические определения

Полусферическая отражательная способность

Полусферический коэффициент отражения поверхности, обозначаемый $R$ , определяется как ^{[ 1 ]} $R={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {i} }}},$ где $Φ e р$ – лучистый поток, отраженный этой поверхностью, и $Φ e я$ — лучистый поток, воспринимаемый этой поверхностью.

Спектральная полусферическая отражательная способность

Спектральный полусферический коэффициент отражения по частоте и спектральный полусферический коэффициент отражения по длине волны поверхности, обозначенные $R ν$ и $R λ$ соответственно, определяются как ^{[ 1 ]} $R_{\nu }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {i} }}},$ $R_{\lambda }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},$ где

$Ф е, н р$ – спектральный поток излучения на частоте, отраженный этой поверхностью;
$Ф е, н я$ – спектральный поток излучения на частоте, принимаемый этой поверхностью;
$Ф е, л р$ – спектральный поток излучения в длине волны, отраженный этой поверхностью;
$Ф е, л я$ - спектральный поток излучения с длиной волны, принимаемый этой поверхностью.

Направленное отражение

Направленная отражательная способность поверхности, обозначаемая R _Ω , определяется как ^{[ 1 ]} $R_{\Omega }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {i} }}},$ где

$L e,Ом р$ это сияние , отраженное этой поверхностью;
$L e,Ом я$ это сияние, получаемое этой поверхностью.

Это зависит как от направления отражения, так и от направления поступления. Другими словами, он имеет значение для каждой комбинации входящих и исходящих направлений. Это связано с функцией распределения двунаправленной отражательной способности , и ее верхний предел равен 1. Другой мерой отражательной способности, зависящей только от исходящего направления, является I / F , где I - яркость, отраженная в данном направлении, а F - усредненная входящая яркость. по всем направлениям, другими словами, общий поток излучения, попадающего на поверхность на единицу площади, деленный на π. ^{[ 2 ]} Оно может быть больше 1 для глянцевой поверхности, освещенной таким источником, как солнце, при этом коэффициент отражения измеряется в направлении максимального излучения (см. также Эффект Зеелигера ).

Спектральное направленное отражение

Спектральный коэффициент направленного отражения по частоте и спектральный направленный коэффициент отражения по длине волны поверхности, обозначаемые $R Ω, ν$ и $R Ω, λ$ соответственно, определяются как ^{[ 1 ]} $R_{\Omega ,\nu }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {i} }}},$ $R_{\Omega ,\lambda }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},$ где

$Л е, О, н р$ – спектральная яркость на частоте, отраженная этой поверхностью;
$Л е, О, н я$ – спектральное излучение, воспринимаемое этой поверхностью;
$Л е, о, л р$ – спектральная яркость в длине волны, отраженная этой поверхностью;
$Л е, о, л я$ — это спектральная яркость в длине волны, принимаемая этой поверхностью.

Опять же, можно также определить значение $I / F$ (см. выше) для данной длины волны. ^{[ 3 ]}

Отражательная способность

Для однородных и полубесконечных (см. полупространство ) материалов отражательная способность такая же, как и отражательная способность. Отражательная способность — это квадрат величины коэффициента отражения Френеля , ^{[ 4 ]} которое представляет собой отношение отраженного электрического поля к падающему ; ^{[ 5 ]} как таковой коэффициент отражения может быть выражен как комплексное число , определенное уравнениями Френеля для одного слоя, тогда как коэффициент отражения всегда является положительным действительным числом .

Для слоистых и ограниченных сред, согласно CIE , ^{[ нужна ссылка ]} Отражательная способность отличается от отражательной способности тем, что отражательная способность — это величина, применимая к толстым отражающим объектам. ^{[ 6 ]} Когда отражение происходит от тонких слоев материала, эффекты внутреннего отражения могут привести к изменению коэффициента отражения в зависимости от толщины поверхности. Отражательная способность — это предельное значение отражательной способности при увеличении толщины образца; это собственный коэффициент отражения поверхности, следовательно, он не зависит от других параметров, таких как коэффициент отражения задней поверхности. Другой способ интерпретировать это состоит в том, что отражательная способность — это доля электромагнитной энергии, отраженная от конкретного образца, а отражательная способность — это свойство самого материала, которое можно было бы измерить на идеальном устройстве, если бы материал занимал половину всего пространства. ^{[ 7 ]}

Тип поверхности

Учитывая, что отражательная способность является свойством направленности, большинство поверхностей можно разделить на те, которые дают зеркальное отражение , и те, которые дают диффузное отражение .

Для зеркальных поверхностей, таких как стекло или полированный металл, коэффициент отражения почти равен нулю под всеми углами, кроме соответствующего угла отражения; это тот же угол по отношению к нормали к поверхности в плоскости падения , но на противоположной стороне. Когда излучение падает перпендикулярно поверхности, оно отражается обратно в том же направлении.

Для диффузных поверхностей, таких как матовая белая краска, коэффициент отражения является равномерным; Излучение отражается во всех углах одинаково или почти одинаково. Такие поверхности называются ламбертовыми .

Большинство практических объектов обладают сочетанием диффузных и зеркальных отражающих свойств.

Отражение воды

Отражение происходит, когда свет перемещается из среды с одним показателем преломления во вторую среду с другим показателем преломления.

Зеркальное отражение от водоема рассчитывается по уравнениям Френеля . ^{[ 8 ]} Отражение Френеля является направленным и поэтому не вносит существенного вклада в альбедо , которое в первую очередь рассеивает отражение.

Реальная водная поверхность может быть волнистой. Коэффициент отражения, который предполагает плоскую поверхность, заданную уравнениями Френеля , может быть скорректирован с учетом волнистости .

Эффективность решетки

Обобщение коэффициента отражения на дифракционную решетку , которая рассеивает свет по длине волны , называется эффективностью дифракции .

Другие радиометрические коэффициенты

Коэффициенты радиометрии
v
т
и
Количество		единицы СИ	Примечания
Имя	Сим.	единицы СИ	Примечания
Полусферическая излучательная способность	$е$	—	Светимость поверхности , разделенная на яркость черного тела, имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность	$н эн$ $л е$	—	Спектральная яркость поверхности , разделенная на спектральную яркость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность	$ох ох$	—	Излучение излучаемое поверхностью , , разделенное на излучение черного тела, имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Спектральная направленная излучательная способность	$е О, н$ $е О, я$	—	Спектральное излучение излучаемое поверхностью , , разделенное на излучение черного тела, имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Полусферическое поглощение	$А$	—	Лучистый поток, , деленный поглощаемый поверхностью на поток, полученный этой поверхностью. Это не следует путать с « поглощением ».
Спектральное полусферическое поглощение	$н $ $А л$	—	Спектральный поток, , разделенный поглощаемый поверхностью на поток, полученный этой поверхностью. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Направленное поглощение	$Ом $	—	Излучение, , разделенное поглощаемое поверхностью на излучение, падающее на эту поверхность. Это не следует путать с « поглощением ».
Спектрально-направленное поглощение	$О, н$ $Ом, λ$	—	Спектральное излучение, , разделенное поглощаемое поверхностью на спектральное излучение, падающее на эту поверхность. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Полусферическая отражательная способность	$Р$	—	Лучистый поток, , разделенный отраженный поверхностью на поток, полученный этой поверхностью.
Спектральная полусферическая отражательная способность	$Р н$ $Р λ$	—	Спектральный поток, , разделенный отраженный поверхностью на поток, полученный этой поверхностью.
Направленное отражение	$Р Ом$	—	Сияние отраженное поверхностью , , разделенное на сияние, полученное этой поверхностью.
Спектральное направленное отражение	$R Ом, н$ $Р Ом, л$	—	Спектральное излучение отраженное поверхностью , , разделенное на излучение, полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент пропускания	$Т$	—	Лучистый поток, , разделенный передаваемый поверхностью на поток, полученный этой поверхностью.
Спектральное полусферическое пропускание	$Т ν$ $Т λ$	—	Спектральный поток передаваемый поверхностью , , деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Направленный коэффициент пропускания	$Т Ох$	—	Излучение, , деленное передаваемое поверхностью на излучение, полученное этой поверхностью.
Спектральный направленный коэффициент пропускания	$Т О, н$ $Т Ом, л$	—	Спектральное излучение передаваемое поверхностью , , деленное на излучение, полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент затухания	$м$	м ⁻¹	Лучистый поток поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на поток, полученный этим объемом.
Спектральный полусферический коэффициент ослабления	$м н$ $м л$	м ⁻¹	Спектральный поток излучения, поглощаемый и рассеиваемый, определяется объемом на единицу длины, деленным на поток, полученный этим объемом.
Коэффициент направленного затухания	$м Ох$	м ⁻¹	Излучение поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на количество, полученное этим объемом.
Спектральный коэффициент направленного затухания	$м Ох, н$ $м Ом, л$	м ⁻¹	Спектральное излучение, поглощаемое и рассеиваемое на объем на единицу длины, деленное на излучение, полученное этим объемом.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Теплоизоляция. Теплопередача излучением. Физические величины и определения» . ИСО 9288:1989 . ИСО Каталог . 1989 год . Проверено 15 марта 2015 г.
^ Куцци, Джеффри; Чемберс, Линдси; Хендрикс, Аманда (21 октября 2016 г.). «Грубые поверхности: темное вещество — это просто тень?» . Икар . 289 : 281–294. дои : 10.1016/j.icarus.2016.10.018 . ПМК 6839776 . ПМИД 31708591 .
^ См., например PGJ Ирвин; и др. (12 января 2022 г.). «Туманные голубые миры: целостная аэрозольная модель Урана и Нептуна, включая темные пятна» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 127 (6): e2022JE007189. arXiv : 2201.04516 . Бибкод : 2022JGRE..12707189I . дои : 10.1029/2022JE007189 . hdl : 1983/65ee78f0-1d28-4017-bbd9-1b49b24700d7 . ПМЦ 9286428 . ПМИД 35865671 . S2CID 245877540 .
^ Э. Хехт (2001). Оптика (4-е изд.). Пирсон Образование. ISBN 0-8053-8566-5 .
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Отражение ». дои : 10.1351/goldbook.R05235
^ «Международный словарь освещения CIE» . Архивировано из оригинала 16 июня 2016 г. Проверено 4 декабря 2010 г.
^ Палмер и Грант, Искусство радиометрии
^ Оттавиани М. и Стамнес К. и Коскуличс Дж. и Эйде Х. и Лонг С.Р. и Су В. и Вискомб В., 2008: « Отражение света от водных волн: подходящая установка для поляриметрического исследования». в контролируемых лабораторных условиях . Журнал атмосферных и океанических технологий, 25 (5) , 715–728.

Внешние ссылки

Отражательная способность металлов. Архивировано 4 марта 2016 г. в Wayback Machine .
Данные об отражении .

[ISO_9288-1989-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Теплоизоляция. Теплопередача излучением. Физические величины и определения» . ИСО 9288:1989 . ИСО Каталог . 1989 год . Проверено 15 марта 2015 г.

[2] Куцци, Джеффри; Чемберс, Линдси; Хендрикс, Аманда (21 октября 2016 г.). «Грубые поверхности: темное вещество — это просто тень?» . Икар . 289 : 281–294. дои : 10.1016/j.icarus.2016.10.018 . ПМК 6839776 . ПМИД 31708591 .

[3] См., например PGJ Ирвин; и др. (12 января 2022 г.). «Туманные голубые миры: целостная аэрозольная модель Урана и Нептуна, включая темные пятна» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 127 (6): e2022JE007189. arXiv : 2201.04516 . Бибкод : 2022JGRE..12707189I . дои : 10.1029/2022JE007189 . hdl : 1983/65ee78f0-1d28-4017-bbd9-1b49b24700d7 . ПМЦ 9286428 . ПМИД 35865671 . S2CID 245877540 .

[4] Э. Хехт (2001). Оптика (4-е изд.). Пирсон Образование. ISBN 0-8053-8566-5 .

[GoldBook-5] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Отражение ». дои : 10.1351/goldbook.R05235

[ILV-6] «Международный словарь освещения CIE» . Архивировано из оригинала 16 июня 2016 г. Проверено 4 декабря 2010 г.

[Grant-7] Палмер и Грант, Искусство радиометрии

[Ottav-8] Оттавиани М. и Стамнес К. и Коскуличс Дж. и Эйде Х. и Лонг С.Р. и Су В. и Вискомб В., 2008: « Отражение света от водных волн: подходящая установка для поляриметрического исследования». в контролируемых лабораторных условиях . Журнал атмосферных и океанических технологий, 25 (5) , 715–728.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]