Reflexionsvermögen

Spektralreflexionskurven für Aluminium (Al),, Silber- (Ag) und Gold (AU) Metall Spiegel bei normaler Inzidenz.

Das Reflexionsvermögen der Oberfläche von a Material ist seine Wirksamkeit in nachdenken Strahlungsenergie. Es ist der Anteil der einfallenden elektromagnetischen Leistung, die sich an der Grenze widerspiegelt. Reflexionsvermögen ist ein Bestandteil der Reaktion der elektronische Struktur des Materials zum elektromagnetischen Lichtfeld und ist im Allgemeinen eine Funktion der Frequenz, oder Wellenlänge, des Lichts, seiner Polarisierung und der Inzidenzwinkel. Die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens von der Wellenlänge wird a genannt Reflexionsspektrum oder Spektralreflexionskurve.

Mathematische Definitionen

Hemisphärenreflektion

Das Hemisphärenreflektion von einer Oberfläche, bezeichnet R, ist definiert als[1]

wo Φer ist der Strahlungsfluss reflektiert von dieser Oberfläche und Φei ist der Strahlungsfluss erhalten von dieser Oberfläche.

Spektrales hemisphärisches Reflexionsvermögen

Das spektrales hemisphärisches Reflexionsvermögen bei Frequenz und spektrales hemisphärisches Reflexionsvermögen in der Wellenlänge von einer Oberfläche, bezeichnet Rν und Rλ sind jeweils definiert als[1]

wo

Richtungsreflexion

Das Richtungsreflexion von einer Oberfläche, bezeichnet RΩ, ist definiert als[1]

wo
  • Le, ωr ist der Glanz reflektiert von dieser Oberfläche;
  • Le, ωi ist die Strahlung, die diese Oberfläche erhalten hat.

Dies hängt sowohl von der reflektierten Richtung als auch von der eingehenden Richtung ab. Mit anderen Worten, es hat einen Wert für jede Kombination eingehender und ausgehender Richtungen. Es hängt mit dem zusammen Bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion und seine Obergrenze ist 1. ein weiteres Maß für die Reflexionsvermögen, je nach ausgehender Richtung, ist I/F, wo I ist die Ausstrahlung in einer bestimmten Richtung reflektiert und F ist die eingehende Strahlung gemittelt in allen Richtungen, dh der Gesamtstrahl der Strahlung, der auf die Oberfläche pro Fläche der Einheit getroffen wird, geteilt durch π.[2] Dies kann größer als 1 für eine glänzende Oberfläche sein, die von einer Quelle wie der Sonne beleuchtet wird, wobei das Reflexionsvermögen in Richtung maximaler Ausstrahlung gemessen wird (siehe auch Seeligereffekt).

Spektraler Richtungsreflexion

Das Spektraler Richtungsreflexion in der Frequenz und spektrales Richtungsreflexion in der Wellenlänge von einer Oberfläche, bezeichnet RΩ,ν und RΩ,λ sind jeweils definiert als[1]

wo
  • Le, ω,νr ist der Spektralstrahlung in der Frequenz reflektiert von dieser Oberfläche;
  • Le, ω,νi ist die spektrale Strahlung, die von dieser Oberfläche empfangen wird;
  • Le, ω,λr ist der Spektralstrahlung in der Wellenlänge reflektiert von dieser Oberfläche;
  • Le, ω,λi ist die spektrale Strahlung in der Wellenlänge, die von dieser Oberfläche empfangen wird.

Auch hier kann man auch einen Wert von definieren I/F (siehe oben) Für eine bestimmte Wellenlänge.[3]

Reflexionsvermögen

Fresnel -Reflexionskoeffizienten für eine Grenzfläche zwischen Luft und ein variables Material in Abhängigkeit des komplexen Brechungsindex und des Inzidenzwinkels.

Für homogene und halbgebundene (siehe halber Platz) Materialien, Reflexionsvermögen entspricht dem Reflexionsvermögen. Reflexionsvermögen ist das Quadrat der Größe der Fresnel -Reflexionskoeffizient,[4] Welches ist das Verhältnis des reflektierten Vorfalls elektrisches Feld;[5] Als solcher kann der Reflexionskoeffizient als ausgedrückt werden komplexe Zahl wie durch die bestimmt durch die Fresnel -Gleichungen Für eine einzige Schicht ist das Reflexionsvermögen immer positiv reelle Zahl.

Für geschichtete und endliche Medien nach dem CieReflexionsvermögen unterscheidet sich von Reflexionsvermögen durch die Tatsache, dass Reflexionsvermögen ein Wert ist, der für dick Gegenstände reflektieren.[6] Wenn die Reflexion aus dünnen Materialschichten auftritt, können interne Reflexionseffekte dazu führen, dass das Reflexionsvermögen mit der Oberflächendicke variiert. Reflexionsvermögen ist der Grenzwert des Reflexionsvermögens, wenn die Probe dick wird. Es ist das intrinsische Reflexionsvermögen der Oberfläche, unabhängig von anderen Parametern wie dem Reflexionsvermögen der hinteren Oberfläche. Eine andere Möglichkeit, dies zu interpretieren, ist, dass das Reflexionsvermögen der Teil der elektromagnetischen Leistung ist, die sich aus einer bestimmten Probe widerspiegelt, während Reflexionsvermögen eine Eigenschaft des Materials selbst ist, das an einer perfekten Maschine gemessen würde, wenn das Material die Hälfte des gesamten Raums füllte.[7]

Oberflächentyp

Angesichts der Tatsache, dass Reflexion eine Richtungseigenschaft ist, können die meisten Oberflächen in diejenigen unterteilt werden, die geben Spiegelreflexion und diejenigen, die geben diffuse Reflexion.

Bei spiegelenden Oberflächen wie Glas oder poliertem Metall ist das Reflexionsvermögen in allen Winkeln fast Null, außer im entsprechenden reflektierten Winkel; Das ist der gleiche Winkel in Bezug auf die Oberfläche normal in der Inzidenzebene, aber auf der gegnerischen Seite. Wenn die Strahlung normal an die Oberfläche ist, wird sie wieder in die gleiche Richtung reflektiert.

Für diffuse Oberflächen wie matte weiße Farbe ist Reflexionsvermögen einheitlich; Strahlung spiegelt sich in allen Winkeln gleich oder nahezu gleichmäßig wider. Solche Oberflächen sollen sein Lambertisch.

Die meisten praktischen Objekte weisen eine Kombination aus diffusen und spiegelenden reflektierenden Eigenschaften auf.

Wasserreflexionsvermögen

Reflexionsvermögen von glattem Wasser bei 20 ° C (Brechungsindex 1.333).

Reflexion tritt auf, wenn sich das Licht von einem Medium mit einem bewegt Brechungsindex in ein zweites Medium mit einem anderen Brechungsindex.

Die spiegelende Reflexion aus einem Gewässer wird durch die berechnet Fresnel -Gleichungen.[8] Die Fresnel -Reflexion ist richtungsfähig und trägt daher nicht wesentlich dazu bei Albedo die hauptsächlich die Reflexion diffundiert.

Eine echte Wasseroberfläche kann wellig sein. Reflexionsvermögen, das eine flache Oberfläche annimmt, wie es durch die angegeben ist Fresnel -Gleichungen, kann angepasst werden, um zu berücksichtigen Welligkeit.

Gittereffizienz

Die Verallgemeinerung des Reflexionsvermögens auf a Beugungsgitter, was Licht durch verteilt Wellenlänge, wird genannt Beugungseffizienz.

Radiometrieeinheiten im internationalen Einheitensystem

Menge Einheit Abmessungen Anmerkungen
Name Symbol[NB 1] Name Symbol Symbol
Strahlungsenergie Qe[NB 2] Joule J ML2T–2 Energie der elektromagnetischen Strahlung.
Strahlende Energiedichte we Joule pro Kubikmesser J/m3 ML–1T–2 Strahlungsenergie pro Volumeneinheit.
Strahlungsfluss Φe[NB 2] Watt W = J/s ML2T–3 Strahlungsenergie emittiert, reflektiert, übertragen oder empfangen, pro Zeiteinheit. Dies wird manchmal auch als "strahlende Kraft" bezeichnet und aufgerufen Helligkeit in Astronomie.
Spektralfluss ΦE, ν[NB 3] Watt per Hertz W/Hz ML2T–2 Strahlungsfluss pro Einheitsfrequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in Wúnm gemessen–1.
ΦE, λ[NB 4] Watt pro Meter W/m MLT–3
Strahlende Intensität Ie, ω[NB 5] Watt per Steradier W/sr ML2T–3 Strahlungsfluss emittiert, reflektiert, übertragen oder empfangen, pro Feststoffwinkel. Das ist ein RICHTIONAL Anzahl.
Spektralintensität Ie, ω, ν[NB 3] Watt pro Steradian pro Hertz Wúsr–1≤ Hz–1 ML2T–2 Strahlungsintensität pro Frequenz oder Wellenlänge der Einheit. Letzteres wird üblicherweise in Wúsr gemessen–1≤ nm–1. Das ist ein RICHTIONAL Anzahl.
Ie, ω, λ[NB 4] Watt pro Steradian pro Meter Wúsr–1· M–1 MLT–3
Glanz Le, ω[NB 5] Watt pro Steradian pro Quadratmeter Wúsr–1· M–2 MT–3 Strahlungsfluss emittiert, reflektiert, übertragen oder empfangen von a auftauchen, pro Einheit fester Winkel pro Einheit projizierter Bereich. Das ist ein RICHTIONAL Anzahl. Dies wird manchmal auch verwirrend als "Intensität" bezeichnet.
Spektralstrahlung Le, ω, ν[NB 3] Watt pro Steradian pro Quadratmeter pro Hertz Wúsr–1· M–2≤ Hz–1 MT–2 Ausstrahlung von a auftauchen pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in Wúsr gemessen–1· M–2≤ nm–1. Das ist ein RICHTIONAL Anzahl. Dies wird manchmal auch verwirrend als "spektrale Intensität" bezeichnet.
Le, ω, λ[NB 4] Watt pro Steradian pro Quadratmeter pro Meter Wúsr–1· M–3 ML–1T–3
Bestrahlung
Flussdichte
Ee[NB 2] Watt pro Quadratmeter W/m2 MT–3 Strahlungsfluss erhalten durch eine auftauchen pro Flächeneinheit. Dies wird manchmal auch verwirrend als "Intensität" bezeichnet.
Spectral -Bestrahlung
Spectral flux density
EE, ν[NB 3] Watt pro Quadratmeter pro Hertz Woge–2≤ Hz–1 MT–2 Bestrahlungsstärke von a auftauchen pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Dies wird manchmal auch verwirrend als "spektrale Intensität" bezeichnet. Nicht-Si-Einheiten der spektralen Flussdichte umfassen Jansky (1 jy = 10–26Woge–2≤ Hz–1) und Solarflusseinheit (1 sfu = 10–22Woge–2≤ Hz–1 = 104Jy).
EE, λ[NB 4] Watt pro Quadratmeter pro Meter W/m3 ML–1T–3
Radiosität Je[NB 2] Watt pro Quadratmeter W/m2 MT–3 Strahlungsfluss Verlassen (emittiert, reflektiert und übertragen von) a auftauchen pro Flächeneinheit. Dies wird manchmal auch verwirrend als "Intensität" bezeichnet.
Spektrale Radiosität JE, ν[NB 3] Watt pro Quadratmeter pro Hertz Woge–2≤ Hz–1 MT–2 Radiosität von a auftauchen pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in Wëm gemessen–2≤ nm–1. Dies wird manchmal auch verwirrend als "spektrale Intensität" bezeichnet.
JE, λ[NB 4] Watt pro Quadratmeter pro Meter W/m3 ML–1T–3
Strahlende Ausstieg Me[NB 2] Watt pro Quadratmeter W/m2 MT–3 Strahlungsfluss ausgesendet durch eine auftauchen pro Flächeneinheit. Dies ist die emittierte Komponente der Radiosität. "Radiantemittanz" ist ein alter Begriff für diese Menge. Dies wird manchmal auch verwirrend als "Intensität" bezeichnet.
Spektralausgang ME, ν[NB 3] Watt pro Quadratmeter pro Hertz Woge–2≤ Hz–1 MT–2 Strahlende Ausfahrt von a auftauchen pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in Wëm gemessen–2≤ nm–1. "Spectral Emittance" ist ein alter Begriff für diese Menge. Dies wird manchmal auch verwirrend als "spektrale Intensität" bezeichnet.
ME, λ[NB 4] Watt pro Quadratmeter pro Meter W/m3 ML–1T–3
Strahlungsbelastung He Joule pro Quadratmeter J/m2 MT–2 Strahlende Energie von a erhalten auftauchen pro Flächeneinheit oder gleichwertig Bestrahlung von a auftauchen integriert über die Zeit der Bestrahlung. Dies wird manchmal auch als "strahlende Fluenz" bezeichnet.
Spektralbelastung HE, ν[NB 3] Joule pro Quadratmeter pro Hertz J · m–2≤ Hz–1 MT–1 Strahlende Belichtung von a auftauchen pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in j�m gemessen–2≤ nm–1. Dies wird manchmal auch als "spektraler Fluenz" bezeichnet.
HE, λ[NB 4] Joule pro Quadratmeter pro Meter J/m3 ML–1T–2
Hemisphärenemissionen ε - 1 Strahlende Ausfahrt von a auftauchen, geteilt durch die von a Schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Spektraler hemisphärischer Emissionsvermögen εν
 oder
ελ
- 1 Spektraler Ausgang von a auftauchen, geteilt durch die von a Schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Richtungsemissionen εΩ - 1 Glanz ausgesendet durch eine auftauchen, geteilt durch das von a emittiert Schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Spektraler Richtungsemissionen εΩ, ν
 oder
εΩ, λ
- 1 Spektralstrahlung ausgesendet durch eine auftauchen, geteilt durch die von a Schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Hemisphärische Absorption A - 1 Strahlungsfluss absorbiert durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten. Dies sollte nicht verwechselt werden "Absorption".
Spektrale hemisphärische Absorption Aν
 oder
Aλ
- 1 Spektralfluss absorbiert durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten. Dies sollte nicht verwechselt werden "Spektralabsorption".
Richtungsabsorption AΩ - 1 Glanz absorbiert durch eine auftauchen, geteilt durch den Strahlungsfall auf diese Oberfläche. Dies sollte nicht verwechselt werden "Absorption".
Spektrale Richtungsabsorption AΩ, ν
 oder
AΩ, λ
- 1 Spektralstrahlung absorbiert durch eine auftauchen, geteilt durch die spektrale Strahlung, die auf diese Oberfläche fällt. Dies sollte nicht verwechselt werden "Spektralabsorption".
Hemisphärenreflektion R - 1 Strahlungsfluss reflektiert durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Spektrales hemisphärisches Reflexionsvermögen Rν
 oder
Rλ
- 1 Spektralfluss reflektiert durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Richtungsreflexion RΩ - 1 Glanz reflektiert durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Spektraler Richtungsreflexion RΩ, ν
 oder
RΩ, λ
- 1 Spektralstrahlung reflektiert durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Halbkugelförmige Transmission T - 1 Strahlungsfluss übertragen durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Spektrale hemisphärische Sendung Tν
 oder
Tλ
- 1 Spektralfluss übertragen durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Richtungsübertragung TΩ - 1 Glanz übertragen durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Spektrale Richtungsübertragung TΩ, ν
 oder
TΩ, λ
- 1 Spektralstrahlung übertragen durch eine auftauchen, geteilt durch diese von dieser Oberfläche erhalten.
Hemisphären -Dämpfungskoeffizient μ gegenseitiger Messgerät m–1 L–1 Strahlungsfluss absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Länge der Einheit, geteilt durch diese, die durch diesen Band erhalten wurde.
Spektraler hemisphärischer Dämpfungskoeffizient μν
 oder
μλ
gegenseitiger Messgerät m–1 L–1 Spektraler Strahlungsfluss absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Länge der Einheit, geteilt durch diese, die durch diesen Band erhalten wurde.
Richtungskoeffizient μΩ gegenseitiger Messgerät m–1 L–1 Glanz absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Länge der Einheit, geteilt durch diese, die durch diesen Band erhalten wurde.
Spektraltreue -Dämpfungskoeffizient μΩ, ν
 oder
μΩ, λ
gegenseitiger Messgerät m–1 L–1 Spektralstrahlung absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Länge der Einheit, geteilt durch diese, die durch diesen Band erhalten wurde.
Siehe auch: Si · Radiometrie · Photometrie
  1. ^ Standardsorganisationen empfehlen diese radiometrische Mengen sollte mit Suffix "e" (für "energetisch" bezeichnet werden, um Verwirrung mit photometrischem oder zu vermeiden Photon Mengen.
  2. ^ a b c d e Alternative Symbole manchmal gesehen: W oder E für strahlende Energie, P oder F Für Strahlungsfluss, I Für Bestrahlung, W Für strahlende Ausstieg.
  3. ^ a b c d e f g Spektralmengen pro Einheit angegeben Frequenz werden mit Suffix bezeichnet "ν"(Griechisch) - nicht verwechselt mit Suffix" V "(für" visuell "), die eine photometrische Menge anzeigen.
  4. ^ a b c d e f g Spektralmengen pro Einheit angegeben Wellenlänge werden mit Suffix bezeichnet "λ"(Griechisch).
  5. ^ a b Richtungsmengen werden mit Suffix bezeichnet. "Ω"(Griechisch).

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b c d "Wärmeisolierung - Wärmeübertragung durch Strahlung - physikalische Mengen und Definitionen". ISO 9288: 1989. ISO Katalog. 1989. Abgerufen 2015-03-15.
  2. ^ Jeffrey Cuzzi, Lindsey Chambers und Amanda Hendrix (21. Oktober 2016). "Raue Oberflächen: Ist das dunkle Zeug nur Schatten?". Icarus. 289: 281–294. doi:10.1016/j.icarus.2016.10.018. PMC 6839776. PMID 31708591.{{}}: Cs1 montiert: Mehrfachnamen: Autorenliste (Link)
  3. ^ Siehe zum Beispiel P.G.J Irwin; et al. (12. Januar 2022). "Dunstige blaue Welten: Ein ganzheitliches Aerosolmodell für Uranus und Neptun, einschließlich dunkler Flecken" (PDF). Journal of Geophysical Research: Planeten. 127 (6). Arxiv:2201.04516. Bibcode:2022Jgre..12707189i. doi:10.1029/2022je007189. S2CID 245877540.
  4. ^ E. Hecht (2001). Optik (4. Aufl.). Pearson Ausbildung. ISBN0-8053-8566-5.
  5. ^ IUPAC, Kompendium der chemischen Terminologie, 2. Aufl. (Das "Goldbuch") (1997). Online -korrigierte Version: (2006–) "Reflexionsvermögen". doi:10.1351/goldbook.r05235
  6. ^ "CIE International Lighting Vokabular". Archiviert von das Original am 2016-06-16. Abgerufen 2010-12-04.
  7. ^ Palmer und Grant, Die Kunst der Radiometrie
  8. ^ Ottaviani, M. und Stamnes, K. und Koskulics, J. und Eide, H. und Long, S.R. und Su, W. und Wiscombe, W., 2008: 'Lichtreflexion aus Wasserwellen: Geeignetes Setup für eine polarimetrische Untersuchung unter kontrollierten Laborbedingungen. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 25 (5), 715--728.

Externe Links