Отражательная способность

Способность объекта отражать свет

Спектральные кривые отражения для металлических зеркал из алюминия (Al), серебра (Ag) и золота (Au) при нормальном падении.

Отражательная способность поверхности материала — это ее эффективность в отражении лучистой энергии . Это доля падающей электромагнитной мощности, которая отражается на границе. Отражательная способность — это компонент реакции электронной структуры материала на электромагнитное поле света, и в общем случае она является функцией частоты или длины волны света, его поляризации и угла падения . Зависимость отражательной способности от длины волны называется спектром отражения или спектральной кривой отражения .

Математические определения

Полусферическая отражательная способность

Полусферическая отражательная способность поверхности, обозначаемая R , определяется как ^[1] , где Φ _e ^r — лучистый поток, отраженный этой поверхностью, а Φ _e ⁱ — лучистый поток, полученный этой поверхностью. $${\displaystyle R={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {i} }}},}$$

Спектральное полусферическое отражение

Спектральная полусферическая отражательная способность по частоте и спектральная полусферическая отражательная способность по длине волны поверхности, обозначаемые R _ν и R _λ соответственно, определяются как ^[1] , где $${\displaystyle R_{\nu }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {i} }}},}$$ $${\displaystyle R_{\lambda }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},}$$

• Φ _{e, ν} ^r — спектральный поток излучения в частоте, отраженный этой поверхностью;
• Φ _{e, ν} ⁱ — спектральный поток излучения в частоте, принимаемый этой поверхностью;
• Φ _{e, λ} ^r — спектральный поток излучения в длине волны, отраженный этой поверхностью;
• Φ _{e, λ} ⁱ — спектральный поток излучения в длине волны, принимаемый этой поверхностью.

Направленное отражение

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

• L _e,Ω ^r — яркость , отраженная этой поверхностью;
• L _e,Ω ⁱ — это яркость, получаемая этой поверхностью.

Это зависит как от отраженного направления, так и от входящего направления. Другими словами, оно имеет значение для каждой комбинации входящих и исходящих направлений. Оно связано с функцией распределения двунаправленной отражательной способности , и его верхний предел равен 1. Другая мера отражательной способности, зависящая только от исходящего направления, — это I / F , где I — это яркость, отраженная в заданном направлении, а F — это входящая яркость, усредненная по всем направлениям, другими словами, полный поток излучения, падающего на поверхность на единицу площади, деленный на π. ^[2] Это может быть больше 1 для глянцевой поверхности, освещенной источником, таким как солнце, с отражательной способностью, измеренной в направлении максимальной яркости (см. также эффект Зеелигера ).

Спектрально-направленное отражение

Спектральная направленная отражательная способность по частоте и спектральная направленная отражательная способность по длине волны поверхности, обозначаемые соответственно R _{Ω, ​​ν} и R _{Ω, ​​λ} , определяются как ^[1] , где $${\displaystyle R_{\Omega ,\nu }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {i} }}},}$$ $${\displaystyle R_{\Omega ,\lambda }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},}$$

• L _{e,Ω, ν} ^r — спектральная яркость в частоте, отраженная этой поверхностью;
• L _{e,Ω, ν} ⁱ — спектральная яркость, принимаемая этой поверхностью;
• L _{e,Ω, λ} ^r — спектральная яркость в длине волны , отраженной этой поверхностью;
• L _{e,Ω, λ} ⁱ — спектральная яркость в длине волны, принимаемая этой поверхностью.

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

Отражательная способность

Коэффициенты отражения Френеля для граничной поверхности между воздухом и переменным материалом в зависимости от комплексного показателя преломления и угла падения.

Для однородных и полубесконечных (см. полупространство ) материалов отражательная способность совпадает с отражательной способностью. Отражательная способность — это квадрат величины коэффициента отражения Френеля , ^[4] который является отношением отраженного к падающему электрическому полю ; ^[5] как таковой коэффициент отражения может быть выражен как комплексное число , определяемое уравнениями Френеля для одного слоя, тогда как отражательная способность всегда является положительным действительным числом .

Для слоистых и конечных сред, согласно CIE , ^{[ требуется ссылка ]} отражательная способность отличается от отражательной способности тем, что отражательная способность является значением, которое применяется к толстым отражающим объектам. ^[6] Когда отражение происходит от тонких слоев материала, внутренние эффекты отражения могут привести к изменению отражательной способности в зависимости от толщины поверхности. Отражательная способность является предельным значением отражательной способности по мере того, как образец становится толстым; это внутренняя отражательная способность поверхности, следовательно, не зависящая от других параметров, таких как отражательная способность задней поверхности. Другой способ интерпретации заключается в том, что отражательная способность является долей электромагнитной мощности, отраженной от конкретного образца, в то время как отражательная способность является свойством самого материала, которое было бы измерено на идеальной машине, если бы материал заполнял половину всего пространства. ^[7]

Тип поверхности

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

Для зеркальных поверхностей, таких как стекло или полированный металл, отражательная способность близка к нулю под всеми углами, за исключением соответствующего отраженного угла; то есть того же угла относительно нормали поверхности в плоскости падения , но с противоположной стороны. Когда излучение падает нормально к поверхности, оно отражается обратно в том же направлении.

Для диффузных поверхностей, таких как матовая белая краска, отражение однородно; излучение отражается во всех углах одинаково или почти одинаково. Такие поверхности называются ламбертовскими .

Большинство практических объектов обладают сочетанием диффузных и зеркальных отражательных свойств.

Отражательная способность воды

Отражение гладкой воды при 20 °C (показатель преломления 1,333).

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

Зеркальное отражение от водоема рассчитывается с помощью уравнений Френеля . ^[8] Френелевское отражение является направленным и поэтому не вносит существенного вклада в альбедо , которое в основном рассеивает отражение.

Реальная поверхность воды может быть волнистой. Отражательная способность, которая предполагает плоскую поверхность, как дано уравнениями Френеля , может быть скорректирована для учета волнистости .

Эффективность решетки

Обобщение отражательной способности на дифракционную решетку , которая рассеивает свет по длине волны , называется дифракционной эффективностью .

Другие радиометрические коэффициенты

Смотрите также

• Функция распределения двунаправленного отражения
• Колориметрия
• Излучательная способность
• Закон косинуса Ламберта
• Пропускание
• Солнечный путь
• Значение светоотражения
• Альбедо
• эффект рестштрелена
• Соотношение Лиддана–Сакса–Теллера

Ссылки

1. "Теплоизоляция. Передача тепла излучением. Физические величины и определения". ISO 9288:1989 . Каталог ISO . 1989 . Получено 2015-03-15 .
2. Куцци, Джеффри; Чемберс, Линдси; Хендрикс, Аманда (21 октября 2016 г.). «Шероховатые поверхности: темная материя — это просто тень?». Icarus . 289 : 281–294. doi :10.1016/j.icarus.2016.10.018. PMC 6839776. PMID  31708591 . 
3. См., например, PGJ Irwin; et al. (12 января 2022 г.). "Hazy Blue Worlds: A Holistic Aerosol Model for Uranus and Neptune, Including Dark Spots". Journal of Geophysical Research: Planets . 127 (6): e2022JE007189. arXiv : 2201.04516 . Bibcode : 2022JGRE..12707189I . doi : 10.1029/2022JE007189 . hdl : 1983/65ee78f0-1d28-4017-bbd9-1b49b24700d7 . PMC 9286428 . PMID  35865671. S2CID 245877540 .  
4. Э. Хехт (2001). Оптика (4-е изд.). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5 . 
5. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «Reflectionance». doi :10.1351/goldbook.R05235
6. "CIE International Lighting Vocabulary". Архивировано из оригинала 2016-06-16 . Получено 2010-12-04 .
7. Палмер и Грант, Искусство радиометрии.
8. Оттавиани, М. и Стамнес, К. и Коскулич, 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 04.03.2016 на Wayback Machine .
• Данные по отражательной способности.