Характеристики светопропускающих материалов и изделий Светотехнические свойства материалов

Если на какое-либо тело падает световой поток F, то в общем случае часть потока F_ отражается, часть F_ поглощается и часть F_ пропускается. На основании закона сохранения энергии имеет место равенство: F = F_ + F_ + F_. Если правую и левую части этого уравнения разделить на F, то получим равенство в относительных величинах:

1 = =  +  + , (16)

где  - коэффициент отражения световых потоков, численно равный отношению отраженного светового потока к падающему;

 - коэффициент поглощения световых потоков, численно равный отношению поглощенного светового потока к падающему;

 - коэффициент пропускания световых потоков, численно равный отношению прошедшего светового потока к падающему.

Значения этих коэффициентов для некоторых материалов представлены в таблице 2.

По характеру распределения отраженного или пропущенного световых потоков в пространстве различают направленное, рассеянное (диффузное) и рассеянно-направленное отражение или пропускание (табл. 3).

В случае рассеянного (диффузного) отражения и пропускания плоской поверхности световой поток распространяется в пределах телесного угла, равного 2. Свет распространяется равномерно по всем направлениям в пределах полусферы, в результате чего яркость поверхности во всех направлениях одинакова, т.е.

L_ = = const,

где I_ - сила света под углом  к нормали к плоскости S; I_o – сила света при  = 0.

Отсюда I_ = I_o·cos. Это значит, что плоская поверхность, равнояркая во всех направлениях, излучает в окружающее пространство свет по закону косинуса.

Рассеянным, или диффузным, отражением обладают поверхности, размеры неровностей которых значительно больше длины волны падающего излучения (гипс, клеевая краска и др.). к диффузно пропускающим материалам относятся молочные стекла, в составе которых находятся частицы, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления основной массы стекла. Такие стекла создают объемное рассеяние света.

Зеркальное отражение имеет место в случае падения света на идеально гладкую поверхность, размеры неровностей на которой малы по сравнению с длиной световой волны (полированный металл, зеркало и др.). такие поверхности обладают яркостью только в направлении отраженного луча. Во всех остальных направлениях яркость их равна нулю.

В случае зеркального отражения от плоской поверхности величина телесного угла, в пределах которого отражается световой поток, равна величине телесного угла падающего светового потока. Отраженный луч находится в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения, а угол падения равен углу отражения.

Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания некоторых материалов

Таблица 2

№ п/п	Материал	Коэффициенты
		отражения 	поглощения 	пропускания 
1	Окись магния	0,98	0,02	-
2	Белая клеевая краска	0,80	0,20	-
3	Белая бумага	0,75	0,25	-
4	Черный бархат	0,005	0,995	-
5	Листовое оконное стекло ( = 2-3 мм)	0,08	0,02	0,90
6	Узорчатое прокатное стекло ( =3-6 мм)	0,20	0,10	0,70
7	Молочное стекло ( = 2-3 мм)	0,45	0,15	0,40
8	Зеркало посеребренное ( = 3-6 мм)	0,85	0,15	-
9	Тонкие мраморные плиты ( = 8-9 мм)	0,55	0,40	0,05

Характер распределения световых потоков при их взаимодействии с телами

Таблица 3

Отражение	Пропускание	Материалы
Направленное		Зеркало, поверхность воды, стекло обычное, полированный металл
Рассеянное		Гипс, клеевая краска, молочные стекла с внутренним рассеянием
Рассеянно-направленное		Масляная краска, рифленое стекло, стеклоблоки, стеклопрофилит

При направленном пропускании величина телесного угла, в пределах которого распространяется прошедший световой поток, также остается неизменной. Тела, обладающие направленным пропусканием, называются прозрачными. Через них можно видеть очертания находящихся за ними предметов (прозрачное стекло).

В природе не существует идеальных зеркально или диффузно отражающих или пропускающих свет материалов. Существуют материалы, свойства которых только более или менее приближаются к идеально диффузному или зеркальному отражению или пропусканию. У реальных материалов всегда наблюдается наличие обеих разновидностей, обуславливающих рассеянно-направленное отражение или пропускание.

Для характеристики распределения яркости поверхности в различных направлениях при отражении или пропускании принято пользоваться отношением яркости в данном направлении L_ к яркости L_o одинаково с ней освещенной поверхности , имеющей коэффициент отражения, равный нулю. Эта величина называется коэффициентом яркости _ :

_ = L_ / L_o.

Заменив L_o на силу света по нормали к поверхности S, получим

L_ = _·L_o = b_{a .}

Для диффузно отражающих поверхностей, подчиняющихся закону Ламберта, b_a = , а для диффузно пропускающих b_a = . В этом случае

L = E ·  / , (17)

или L = E ·  / . (18)