Réflexion, réfraction et absorption du flux lumineux

Le flux lumineux pénétrant dans les yeux à la suite d'une activité visuelle est en partie créé par des sources lumineuses primaires et, dans une plus grande mesure, par des surfaces éclairées par celles-ci, qui deviennent des sources lumineuses secondaires. Dans les deux cas, il y a une redistribution du flux lumineux généré par les sources lumineuses primaires par réflexion, réfraction et absorption, surfaces vers lesquelles ce flux est dirigé.

Réflexion lumineuse - Il s'agit du retour d'une onde lumineuse lorsqu'elle tombe sur l'interface entre deux supports avec des indices de réfraction différents "retournant" dans le premier support.

Réfraction de la lumière - un phénomène consistant en un changement de la direction de propagation d'une onde lumineuse lors du passage d'un milieu à un autre, qui diffère par l'indice de réfraction de la lumière.

L'absorption de la lumière est une réduction de l'intensité de la lumière traversant un milieu en raison de son interaction avec les particules du milieu. Elle s'accompagne d'échauffement d'une substance, d'ionisation ou d'excitation d'atomes ou de molécules, de processus photochimiques, etc.L'énergie absorbée par la matière peut être totalement ou partiellement réémise par la matière à une fréquence différente.

La redistribution du flux lumineux peut être dictée par la nécessité de contrôler le flux lumineux dans certaines zones de l'espace (pour éclairer des objets à distinguer) ou par la nécessité de réduire la luminosité du champ de vision — dans le cas de dispositifs d'éclairage - ou se produit en raison des propriétés optiques des surfaces éclairées.

Le flux lumineux F, un rayon incident à la surface de tout objet physique (flux lumineux incident) est divisé en deux ou trois composantes :

• une partie revient toujours en réflexion, formant un flux réfléchissant Φρ ;

• une partie est toujours absorbée (flux absorbé Fα entraînant une augmentation de la température corporelle) ;

• dans certains cas, une partie du flux lumineux est renvoyée par réfraction (flux réfractif Фτ).

Introduisons le concept de coefficient de réflexion p, coefficient d'absorption α et indice de réfraction t :

ρ = Φρ/ F,

ρ = Τα/ F,

ρ = Фτ/ F,

Il existe une égalité entre les coefficients correspondants caractérisant les propriétés optiques des surfaces éclairées :

ρ + α + τ = 1

La réfraction de la lumière s'accompagne du phénomène de réflexion. Le type de réflexion et de réfraction du flux lumineux dépend des caractéristiques de la surface ou du corps et dans une large mesure de la structure (traitement) de la surface ou du corps.

Réflexion/réfraction visuelle caractérisée par l'égalité des angles d'incidence et de réflexion/réfraction et des angles solides dans lesquels tombent les flux lumineux incident et réfléchi/réfracté.Un rayon de lumière parallèle tombant sur une surface est réfléchi et réfracté pour former un rayon de lumière parallèle.

La réflexion visuelle se produit par exemple lors de la pulvérisation de surfaces métalliques (Al, Ag) ou de surfaces métalliques polies (Al poli et oxydé chimiquement), et la réfraction spéculaire se produit avec du verre ordinaire ou certains types de verre organique.

Complexe réflexion/réfraction caractérisé par le fait que le flux lumineux est partiellement réfléchi/réfracté selon les lois de la réflexion réflexion/réfraction et partiellement selon les lois de la réflexion/réfraction diffuse.La réflexion complexe (joint) est réalisée par de la céramique émaillée, et réfraction complexe (jointe) - à partir de verre dépoli et de certains types de verre organique.

La réflexion / réfraction totalement diffuse est une réflexion / réfraction dans laquelle la surface réfléchissante / réfringente a une luminosité égale dans toutes les directions, quelle que soit la direction du faisceau lumineux incident. Les propriétés d'une surface complètement diffuse sont possédées par des surfaces recouvertes de peinture blanche, ainsi que par des matériaux à structure interne inhomogène dans lesquels il existe de nombreuses réflexions et réfractions à l'intérieur du corps (verre laiteux).

Réflexion/réfraction diffuse caractérisée par une augmentation de l'angle solide du flux lumineux réfléchi/réfracté par rapport à l'angle solide incident. Un faisceau de lumière parallèle tombant sur une surface est diffusé dans l'espace principalement autour d'une direction.

Comme la courbe photométrique d'une source lumineuse, un élément de surface réfléchissant ou réfractant est lié intensité lumineuse ou valeur de luminosité… Un exemple de réflexion diffuse peut être les surfaces mates métalliques et la réfraction diffuse peut être obtenue en utilisant du verre mat ou des polymères organiques (polyméthacrylate de méthyle).

L'une des caractéristiques de la surface d'émission d'axe est le facteur de luminosité β déterminé pour une même valeur d'éclairement que le rapport entre la luminosité dans une direction donnée d'une surface réfléchissante/transmettrice et la luminosité Ldif, qu'elle aurait dans le cas de réflexion/transmission diffuse complète, identique à la surface, avec un facteur de réflexion égal à l'unité :

β = L / Ldif =πL /E

La valeur des coefficients ρ et τ pour certains matériaux :

Matériau Coefficient de réflexion ρ Transmission τ Avec réflexion diffuse de la lumière Carbonate de magnésium 0,92 — Oxyde de magnésium 0,91 — Craie, gypse 0,85 — Porcelaine émaillée (blanche) 0,8 — Papier blanc (papier Whatman) 0,76 — Peinture adhésive blanche (blanchie) 0,65 — Surface brute de ferreux métaux 0,15 — Charbon 0,08 — Nitro émail blanc 0,7 — Transmission lumineuse diffuse Verre silencieux (épaisseur 2,3 mm) 0,5 0,35 Verre silencieux installé (2,3 mm) 0,30 0,55 Bio verre blanc (2-3 mm) 0,35 0,5 Verre opale (2,3 mm) 0,2 0,7 Papier lumineux, jaunâtre avec motif 0,35 0,4 Avec réflexion diffuse directionnelle de la lumière Aluminium gravé 0,62 — Aluminium Alzak semi-mat 0,72 — Peinture aluminium sur laque nitro 0,55 — Nickel non poli 0,5 — Laiton non poli 0,45 — Transmission lumineuse diffuse indiquée Dépoli chimiquement verre (2,3 mm) 0,08 0,8 Verre satiné mécanique (2 mm) 0,14 0,7 Parchemin fin (blanc) 0,4 0,4 ​​Blanc soie 0,3 0, 45 Réflexion dirigée (miroir) Argent frais poli 0,92 — Verre argenté (miroir) 0,85 — Aluminium alzé (poli ) 0,8 — Chrome poli 0,62 — Acier poli 0,5 — Laiton poli 0,6 —Tôle 0,55 — Transmission directionnelle de la lumière Verre clair (2 mm) 0,08 0,89 Verre organique (2 mm) 0,10 0,85

Connaître la réflectivité est insuffisant pour décrire les propriétés réfléchissantes d'un matériau. Étant donné que de nombreux matériaux ont des propriétés de réflexion sélective qui reflètent principalement des longueurs d'onde spécifiques du spectre du flux lumineux incident, selon lesquelles la surface réfléchissante est perçue comme ayant une certaine couleur.

Les caractéristiques de réflexion de chaque matériau sont données sous forme de courbes de réflectance (réflectance, en pourcentage, en fonction de la longueur d'onde) et la réflectance est indiquée pour une composition spécifique du flux lumineux incident.