Reflexion

Spektralreflektanskurvor för metallspeglar i aluminium (Al), silver (Ag) och guld (Au) vid normal infallsvinkel .

Reflektansen på ytan på ett material är dess effektivitet när det gäller att reflektera strålningsenergi . Det är bråkdelen av infallande elektromagnetisk effekt som reflekteras vid gränsen. Reflektans är en komponent i svaret från elektroniska struktur på det elektromagnetiska ljusfältet och är i allmänhet en funktion av ljusets frekvens, eller våglängd , dess polarisation och infallsvinkeln . Reflektansens beroende av våglängden kallas ett reflektansspektrum eller spektralreflektanskurva .

Matematiska definitioner

Halvsfärisk reflektans

Den halvsfäriska reflektansen för en yta, betecknad $R$ , definieras som

R={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} }^{ \mathrm {i} }}},

där

Φ e r

är det strålningsflöde som reflekteras av den ytan och

Φ e i

är det strålningsflöde som tas emot av den ytan.

Spektral hemisfärisk reflektans

Den spektrala hemisfäriska reflektansen i frekvens och den spektrala halvsfäriska reflektansen i våglängden på en yta, betecknade $R ν$ respektive $R λ$ , definieras som

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} }}},

var

$Φ e, ν r$ är det spektrala strålningsflödet i frekvens som reflekteras av den ytan;
$Φe, νi är det$ spektrala strålningsflödet i frekvens som tas emot av den ytan;
$Φe, λr;$ är det spektrala strålningsflödet i våglängd som reflekteras av den ytan
$Φ e, är λi$ det spektrala strålningsflödet i våglängd som tas emot av den ytan.

Riktningsreflektion

Riktningsreflektansen för en yta, betecknad R _Ω , definieras som

R_{\Omega }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {r} }}{L_{ \mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {i} }}},

var

$L e,Ω r$ är radiansen som reflekteras av den ytan;
$L e,Ω i$ är strålningen som tas emot av den ytan.

Detta beror på både den reflekterade riktningen och den inkommande riktningen. Med andra ord har den ett värde för varje kombination av inkommande och utgående vägbeskrivningar. Det är relaterat till den dubbelriktade reflektansfördelningsfunktionen och dess övre gräns är 1. Ett annat mått på reflektansen, beroende endast på den utgående riktningen, är I / F , där I är strålningen som reflekteras i en given riktning och F är medelvärdet för den inkommande strålningen över alla riktningar, med andra ord, det totala flödet av strålning som träffar ytan per ytenhet, dividerat med π. Detta kan vara större än 1 för en blank yta som är upplyst av en källa som solen, med reflektansen mätt i riktningen för maximal strålning (se även Seeliger-effekten ).

Spektral riktningsreflektans

Den spektrala riktningsreflektansen i frekvens och den spektrala riktningsreflektansen i våglängden på en yta, betecknade $R Ω, ν$ respektive $R Ω, λ$ , definieras som

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} }}},

var

$L e,Ω, ν r$ är den spektrala radiansen i frekvens som reflekteras av den ytan;
$L e,Ω, ν i$ är den spektrala radiansen som tas emot av den ytan;
$L e,Ω, λ r$ är den spektrala strålningen i våglängd som reflekteras av den ytan;
$L e,Ω, λ i$ är den spektrala strålningen i våglängd som tas emot av den ytan.

Återigen kan man också definiera ett värde på $I / F$ (se ovan) för en given våglängd.

Reflektivitet

Fresnelreflektionskoefficienter för en gränsyta mellan luft och ett variabelt material i beroende av det komplexa brytningsindexet och infallsvinkeln.

För homogena och semi-oändliga (se halfspace ) material är reflektiviteten detsamma som reflektans. Reflektivitet är kvadraten på storleken på Fresnel-reflektionskoefficienten , vilket är förhållandet mellan det reflekterade och infallande elektriska fältet ; som sådan kan reflektionskoefficienten uttryckas som ett komplext tal som bestäms av Fresnel-ekvationerna för ett enda lager, medan reflektansen alltid är ett positivt reellt tal .

^{reflektivitet genom ändliga} media, enligt CIE , särskiljs reflektivitet från att reflektivitet är ett värde som gäller för tjocka reflekterande föremål. När reflektion sker från tunna materiallager kan interna reflektionseffekter göra att reflektansen varierar med yttjockleken. Reflexivitet är gränsvärdet för reflektans när provet blir tjockt; det är ytans inneboende reflektans, alltså oberoende av andra parametrar såsom reflektansen hos den bakre ytan. Ett annat sätt att tolka detta är att reflektansen är den del av elektromagnetisk effekt som reflekteras från ett specifikt prov, medan reflektiviteten är en egenskap hos själva materialet, som skulle mätas på en perfekt maskin om materialet fyllde hälften av allt utrymme.

Yttyp

Med tanke på att reflektans är en riktningsegenskap kan de flesta ytor delas upp i de som ger spegelreflektion och de som ger diffus reflektion .

För spegelytor, såsom glas eller polerad metall, är reflektansen nästan noll vid alla vinklar utom vid den lämpliga reflekterade vinkeln; det är samma vinkel i förhållande till ytnormalen i infallsplanet, men på den motsatta sidan. När strålningen faller in vinkelrätt mot ytan reflekteras den tillbaka i samma riktning.

För diffusa ytor, såsom matt vit färg, är reflektansen enhetlig; strålning reflekteras i alla vinklar lika eller nästan lika. Sådana ytor sägs vara Lambertian .

De flesta praktiska föremål uppvisar en kombination av diffusa och spegelreflekterande egenskaper.

Vattenreflektans

Reflektans av slätt vatten vid 20 °C (brytningsindex 1,333).

Reflektion uppstår när ljus rör sig från ett medium med ett brytningsindex till ett andra medium med ett annat brytningsindex.

Spegelreflektion från en vattenmassa beräknas med Fresnel-ekvationerna . Fresnelreflektion är riktad och bidrar därför inte nämnvärt till albedo som i första hand sprider reflektion.

En riktig vattenyta kan vara vågig. Reflektansen, som förutsätter en plan yta enligt Fresnel-ekvationerna , kan justeras för att ta hänsyn till vågighet .

Rivningseffektivitet

Generaliseringen av reflektans till ett diffraktionsgitter , som sprider ljus med våglängd , kallas diffraktionseffektivitet .

Andra radiometriska koefficienter

Radiometrikoefficienter
Kvantitet		SI-enheter	Anteckningar
namn	Sym.	SI-enheter	Anteckningar
Hemisfärisk emissivitet	ε	—	Strålande exitans av en yta , dividerad med den för en svart kropp vid samma temperatur som den ytan.
Spektral hemisfärisk emissivitet	ε _ν eller ε _λ	—	Spektral exitance av en yta , dividerad med den för en svart kropp vid samma temperatur som den ytan.
Riktningsemissivitet	ε _Ω	—	Radians som sänds ut av en yta , dividerad med den som sänds ut av en svart kropp vid samma temperatur som den ytan.
Spektral riktningsemission	ε _{Ω, ν} eller ε _{Ω, λ}	—	Spektral strålning som sänds ut av en yta , dividerad med den för en svart kropp vid samma temperatur som den ytan.
Hemisfärisk absorption	A	—	Strålningsflöde som absorberas av en yta , dividerat med det som tas emot av den ytan. Detta ska inte förväxlas med " absorbans ".
Spektral hemisfärisk absorption	A _ν eller A _λ	—	Spektralt flöde som absorberas av en yta , dividerat med det som tas emot av den ytan. Detta ska inte förväxlas med " spektral absorbans ".
Riktad absorption	A _Ω	—	Utstrålning som absorberas av en yta , dividerat med strålningen som infaller på den ytan. Detta ska inte förväxlas med " absorbans ".
Spektral riktningsabsorption	A _{Ω, ν} eller A _{Ω, λ}	—	Spektral strålning som absorberas av en yta , dividerad med den spektrala strålningen som infaller på den ytan. Detta ska inte förväxlas med " spektral absorbans ".
Halvsfärisk reflektans	R	—	Strålningsflöde som reflekteras av en yta , dividerat med det som tas emot av den ytan.
Spektral hemisfärisk reflektans	R _ν eller R _λ	—	Spektralt flöde som reflekteras av en yta , dividerat med det som tas emot av den ytan.
Riktningsreflektion	R _Ω	—	Radians som reflekteras av en yta , dividerad med den som tas emot av den ytan.
Spektral riktningsreflektans	R _{Ω, ν} eller R _{Ω, λ}	—	Spektral strålning som reflekteras av en yta , dividerad med den som tas emot av den ytan.
Hemisfärisk transmittans	T	—	Strålningsflöde som överförs av en yta , dividerat med det som tas emot av den ytan.
Spektral hemisfärisk transmittans	T _ν eller T _λ	—	Spektralflöde som överförs av en yta , dividerat med det som tas emot av den ytan.
Riktad överföring	T _Ω	—	Radians som sänds av en yta , dividerad med den som tas emot av den ytan.
Spektral riktningstransmittans	T _Ω,ν eller T _{Ω, λ}	—	Spektral strålning som sänds av en yta , dividerad med den som tas emot av den ytan.
Hemisfärisk dämpningskoefficient	μ	m ⁻¹	Strålningsflöde som absorberas och sprids med en volym per längdenhet, dividerat med det som tas emot av den volymen.
Spektral hemisfärisk dämpningskoefficient	μ _ν eller μ _λ	m ⁻¹	Spektralt strålningsflöde som absorberas och sprids med en volym per längdenhet, dividerat med det som tas emot av den volymen.
Riktningsdämpningskoefficient	μ _Ω	m ⁻¹	Strålning som absorberas och sprids med en volym per längdenhet, dividerat med den som tas emot av den volymen.
Spektral riktningsdämpningskoefficient	μ _{Ω, ν} eller μ _{Ω, λ}	m ⁻¹	Spektral strålning som absorberas och sprids med en volym per längdenhet, dividerat med den som tas emot av den volymen.

Se även

externa länkar

Metallers reflektivitet Arkiverad 2016-03-04 på Wayback Machine .
Reflexionsdata .