Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 76. Отражающие и рассеивающие тела
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 76. Отражающие и рассеивающие тела. Наряду с задачей
концентрации светового потока нередко возникает потребность распределения этого потока на большую площадь с целью со- здания равномерной и умеренной освещенности. Для этой цели обычно заставляют световой поток отражаться и рассеиваться соответствующими поверхностями. Однако надо считаться с тем, что при этом лишь часть светового потока о т р а ж а е т с я или п р о п у с к а е т с я телом, часть же неминуемо п о г л о- щ а е т с я. Тот факт, что мы в и д и м тела, связан с тем, что они различ- ным образом отражают, преломляют и поглощают падающий на них свет. Если некоторое тело отражает свет сильнее, чем окру- жающие его тел´ а, то оно представляется нам светлым на темном фоне. Если же тело отражает меньше света, чем окружающие его тела, то оно будет казаться нам темным. Например, белая бумага отражает свет сильнее, чем серый картон, и кусочек картона на листе бумаги кажется нам темным. Этот же кусочек картона, если его положить на черный бархат (очень слабо отражающее тело), кажется нам светлым. Тело, отражающее свет так же, как и окружающий фон, сливается с этим фоном. Прозрачные тела мы видим частично в отраженном, частично в прошедшем через них свете. Рассматривая, например, такой, казалось бы, простой предмет, как граненая стеклянная пробка от графина, мы имеем дело с рядом сложных явлений: свет
202 Гл. VIII. Фотометрия и светотехника частично отражается от граней пробки или рассеивается, ес- ли ее грани матированы; часть света проходит сквозь пробку, преломляясь на ее поверхности. Если вполне прозрачное тело погрузить в жидкость с тем же показателем преломления, как у данного тела, то оно станет н е в и д и м ы м, так как световые лучи пройдут через него, не изменяя ни своего направления, ни интенсивности. Поглощение света ведет к потерям в световом потоке, энергия которого расходуется при этом главным образом на нагревание поглощающего тела. Как правило, стремятся избегать поглоще- ния светового потока; иногда, впрочем, бывает необходимо обес- печить темный фон или устранить световые потоки нежелатель- ного направления; при этом прибегают к сильно поглощающим покрытиям (например, чернение некоторых поверхностей внутри оптических приборов). Поглощение характеризуется коэффици- ентом поглощения α, равным отношению светового потока Φ α , поглощенного телом, к световому потоку Φ i , падающему на тело: α = Φ α /Φ i . (76.1) Отражение светового потока оценивается коэффициентом от- ражения ρ, показывающим отношение отраженного потока Φ ρ к падающему Φ i , т. е.
ρ = Φ ρ /Φ i . (76.2) Наконец, для характеристики пропускания света служит ко- эффициент пропускания τ , равный отношению пропущенного телом светового потока Φ τ к падающему Φ i , т. е.
τ = Φ τ /Φ i . (76.3) По закону сохранения энергии имеем Φ i = Φ α + Φ ρ + Φ
τ , откуда на основании (76.1), (76.2) и (76.3) следует α + ρ + τ = 1. (76.4)
Итак, сумма коэффициентов поглощения, отражения и про- пускания равна единице. Коэффициенты α, ρ, τ зависят обычно от цвета (длины волны) света. Как при отражении, так и при пропускании светового потока следует различать направленное и диффузное (рассеянное) от- ражение и пропускание. При зеркальном отражении от плоской поверхности телесный угол светового потока не изменяется (рис. 162, а, в). При рассе-
Гл. VIII. Фотометрия и светотехника 203
Рис. 162. Отражение светового потока от плоской поверхности: а) на- правленное отражение; б) диффузное отражение; диаграмма б) не из- меняется при изменении угла падения первичного пучка; в) направлен- ное (зеркальное) отражение; параллельный пучок света, падающий на полированную металлическую поверхность, создает резко очерченный отраженный луч; г) диффузное отражение; при падении параллельного пучка световых лучей на белую бумагу свет отражается по всем направлениям янном отражении происходит увеличение телесного угла, в кото- ром распространяется световой поток (рис. 162, б, г). Увеличение может быть более или менее значительным в зависимости от свойств рассеивающей поверхности. Аналогично, н а п р а в л е н- н о е п р о п у с к а н и е характеризуется сохранением телесного угла при прохождении потока сквозь тело, например прохожде- нии света через плоскопараллельную пластинку (рис. 163, а).
204 Гл. VIII. Фотометрия и светотехника В противоположность этому д и ф ф у з н о е п р о п у с к а н и е сопровождается более или менее значительным увеличением те- лесного угла светового потока. Примером диффузно отражающей поверхности может служить матовая бумага; примером диффуз- но пропускающего материала — так называемые м о л о ч н ы е с т е к л а. Матовое стекло является одновременно и диффузным отражателем и диффузно пропускающей средой. Рис. 163. Пропускание света плоскопараллельной пластинкой: а) на- правленное пропускание; б) диффузное пропускание. Диаграмма б) не меняется при изменении угла падения первичного пучка Рассеивающие свойства поверхности характеризуются д и а- г р а м м а м и, подобными изображенным на рис. 162, б и 163, б, где длины стрелок показывают, какая часть света рассеивается в том или ином направлении. Диффузно отражающие поверх- ности могут различаться также и по коэффициенту отражения, который для таких поверхностей обычно называют альбедо. Так, белая бумага для рисования имеет альбедо около 0,70–0,80. Очень высокое альбедо — около 0,95 — имеют поверхности, покрытые окисью магния (белый порошок, получающийся при сжигании металлического магния). Наоборот, очень малым аль- бедо обладает черный бархат — от 0,01 до 0,002. При наблюдении земной поверхности с самолета и особенно при аэрофотосъемке большое значение имеет альбедо земных покровов и его зависимость от цвета (длины волны). Различные почвы име- ют альбедо от 0,2 до 0,4, причем б´ ольшие значения соответствуют области оранжево-красного цвета; пески мало отражают (около 0,1) в фиолетовой области, особенно важной при фотосъемке, но их альбедо в красной части повышается до 0,5. Трава и листья имеют альбедо до Гл. VIII. Фотометрия и светотехника 205
0,50 в желто-зеленой части (особенно к осени); очень велико альбедо снега, достигающее 0,85 для всех цветов. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|