Reflexia gri. Optica

Când trec prin interfețele dintre medii, undele acustice experimentează nu numai reflexia și refracția, ci și transformarea undelor de un tip în altul. Să considerăm cel mai simplu caz de incidență normală a undei la limita a două medii extinse (Fig. 3.1). În acest caz, nu există o transformare de undă.

Să luăm în considerare relațiile energetice dintre undele incidente, reflectate și transmise. Se caracterizează prin coeficienți de reflexie și refracție.

Coeficientul de reflexie al amplitudinii Raportul dintre amplitudinile undelor reflectate și incidente se numește:

Coeficientul de transmisie al amplitudinii Raportul dintre amplitudinea undelor transmise și incidente se numește:

Acești coeficienți pot fi determinați prin cunoașterea caracteristicilor acustice ale mediilor. Când o undă scade de la mediu 1 la mediu 2, coeficientul de reflexie este determinat ca

, (3.3)

unde , sunt impedanțele acustice ale mediilor 1 și, respectiv, 2.

Când o undă scade de la mediu 1 la mediu 2, coeficientul de transmisie este notat și definit ca

. (3.4)

Când o undă scade de la mediu 2 la mediu 1, coeficientul de transmisie este notat și definit ca

. (3.5)

Din formula (3.3) pentru coeficientul de reflexie este clar că cu cât impedanțele acustice ale mediilor diferă mai mult, cu atât energia este mai mare. undă sonoră se va reflecta de la interfața dintre două medii. Aceasta determină atât posibilitatea, cât și eficacitatea detectării încălcărilor continuității materialului (incluziuni ale unui mediu cu o rezistență acustică care diferă de rezistența materialului controlat).

Tocmai din cauza diferențelor dintre coeficienții de reflexie, incluziunile de zgură sunt detectate mult mai rău decât defecte de aceeași dimensiune, dar cu umplere cu aer. Reflexia dintr-o discontinuitate umplută cu gaz se apropie de 100%, iar pentru o discontinuitate umplută cu zgură, acest coeficient este mult mai mic.

Când o undă este incidentă în mod normal la limita a două medii extinse, relația dintre amplitudinile undelor incidente, reflectate și transmise este

. (3.6)

Energia undei incidente în cazul incidenței normale la limita a două medii extinse este distribuită între undele reflectate și cele transmise conform legii conservării.

Pe lângă coeficienții de reflectare a amplitudinii și de transmisie, sunt utilizați și coeficienții de reflectare a intensității și de transmisie.

Reflectanța intensității este raportul dintre intensitățile undelor reflectate și incidente. La incidența valului normal

, (3.7)

unde este coeficientul de reflexie când scade de la mediu 1 la mediu 2;

– coeficient de reflexie la scăderea de la mediu 2 la mediu 1.

Coeficientul de trecere după intensitate– raportul dintre intensitățile undelor transmise și incidente. Când un val apare în mod normal

, (3.8)

unde este coeficientul de transmisie la căderea din mediul 1 în mediul 2;

– coeficientul de transmisie la căderea din mediul 2 în mediul 1.

Direcția incidenței undei nu afectează valorile coeficienților de reflexie și transmisie în intensitate. Legea conservării energiei în ceea ce privește coeficienții de reflexie și transmisie se scrie astfel

Cu o incidență oblică a unei unde pe interfața dintre medii, este posibilă transformarea unei unde de un tip în altul. Procesele de reflexie si transmisie in acest caz sunt caracterizate de mai multi coeficienti de reflexie si transmisie in functie de tipul undelor incidente, reflectate si transmise. Coeficientul de reflexie în această formă are denumirea ( – indice care indică tipul de undă incidentă, – indice care indică tipul de undă reflectată). Pot exista cazuri. Se desemnează coeficientul de transmisie ( – indice care indică tipul de undă incidentă, – indice care indică tipul de undă transmisă). Pot exista cazuri de , și .

Acoperire cu emisivitate scăzută: O acoperire, atunci când este aplicată pe sticlă, caracteristicile termice ale sticlei sunt îmbunătățite semnificativ (rezistența la transferul de căldură a geamului cu o acoperire cu emisivitate scăzută crește, iar coeficientul de transfer de căldură scade).

Strat de protecție solară

Strat de control solar: Un strat care, atunci când este aplicat pe sticlă, îmbunătățește protecția unei încăperi împotriva pătrunderii excesului de radiație solară.

Factorul de emisie

Emisivitate (emisivitate corectată): Raportul dintre puterea de emisie a unei suprafețe de sticlă și puterea de emisie a unui corp negru.

Factorul de emisie normal

Emisivitate normală (emisivitate normală): capacitatea sticlei de a reflecta radiația normală incidentă; se calculează ca diferența dintre unitate și reflectanța în direcția normală la suprafața sticlei.

Factorul solar

Factorul solar (coeficient de transmisie totală a energiei solare): Raportul dintre energia solară totală care intră în încăpere printr-o structură translucidă și energia radiației solare incidente. Energia solară totală care intră în cameră printr-o structură translucidă este suma energiei care trece direct prin structura translucidă și acea parte a energiei absorbită de structura translucidă care este transferată în cameră.

Transmisie direcțională a luminii

Coeficientul de transmisie direcțională a luminii (termeni echivalenti: transmitanța luminii, coeficientul de transmisie a luminii), este notat cu τv (LT) - raportul dintre valoarea fluxului luminos care trece în mod normal prin eșantion și valoarea fluxului luminos care intră în mod normal pe proba (în intervalul de lungimi de undă a luminii vizibile) .

Reflectanta luminii

Coeficientul de reflexie a luminii (termen echivalent: coeficientul de reflexie normală a luminii, coeficientul de reflectare a luminii) este notat cu ρv (LR) - raportul dintre valoarea fluxului luminos reflectat în mod normal din probă și valoarea fluxului luminos incident în mod normal pe eșantion (în intervalul de lungimi de undă a luminii vizibile).

Coeficientul de absorbție a luminii

Coeficientul de absorbție a luminii (termen echivalent: coeficient de absorbție a luminii) este notat cu av (LA) - raportul dintre valoarea fluxului de lumină absorbit de probă și valoarea fluxului de lumină incident normal pe eșantion (în intervalul de lungimi de undă din spectrul vizibil).

Transmisie solară

Coeficientul de transmitere a energiei solare (termen echivalent: coeficient de transmisie directă a energiei solare) este notat cu τе (DET) - raportul dintre valoarea fluxului de radiație solară care trece în mod normal prin eșantion și valoarea fluxului de radiație solară incidentă în mod normal pe eşantion.

Reflectanta solara

Coeficientul de reflectare a energiei solare este notat cu ρе (ER) - raportul dintre valoarea fluxului de radiație solară reflectat în mod normal din eșantion și valoarea fluxului de radiație solară incidentă în mod normal pe eșantion.

Coeficient de absorbție solară

Coeficientul de absorbție a energiei solare (termen echivalent: coeficient de absorbție a energiei) este notat cu ae (EA) - raportul dintre valoarea fluxului de radiație solară absorbită de eșantion și valoarea fluxului de radiație solară incidentă în mod normal pe eșantion.

Coeficientul de umbrire

Coeficientul de umbrire este desemnat SC sau G - coeficientul de umbrire este definit ca raportul dintre fluxul de radiație solară care trece printr-o sticlă dată în intervalul de unde de la 300 la 2500 nm (2,5 microni) și fluxul de energie solară care trece prin sticla de 3 mm grosime. Coeficientul de umbrire arată proporția trecerii nu numai a fluxului direct de energie solară (radiația infraroșie apropiată), ci și a radiației datorate energiei absorbite în sticlă (radiația infraroșie îndepărtată).

Coeficientul de transfer termic

Coeficientul de transfer de căldură - notat cu U, caracterizează cantitatea de căldură în wați (W) care trece prin 1 m2 de structură cu o diferență de temperatură pe ambele părți de un grad pe scara Kelvin (K), unitate de măsură W/(m2 K).

Rezistenta la transferul de caldura

Rezistența la transferul de căldură este desemnată ca R - reciproca coeficientului de transfer de căldură.

Coeficienți de reflexie de tensiune și curent. Valuri calatorii, in picioare si mixte

Pentru a estima relația dintre undele incidente și reflectate ale tensiunilor și curenților, introducem conceptele coeficienții de reflexie a tensiunii N_u =U_() /Ts_pŞi curent =/() //„, unde indicii „p” și „o” denotă undele incidente și reflectate. Omitând detaliile, să rescriem acești coeficienți în termeni de rezistență...
(TEORIA CIRCUITULUI ELECTRIC)

Coeficientul de reflexie al liniei. Determinarea constantelor de integrare.

Distribuția curenților și tensiunilor într-o linie lungă este determinată nu numai de parametrii de undă, care caracterizează proprietățile proprii ale liniei și nu depind de proprietățile secțiunilor de circuit exterioare liniei, ci și de coeficientul de reflexie al liniei, care depinde de gradul de potrivire a liniei cu sarcina....
(TEORIA CIRCUITULUI ELECTRIC)

Valori ale coeficientului de utilizare a fluxului luminos al lămpilor cu lămpi incandescente la diferite valori ale coeficienților de reflexie p suprafețelor încăperii

Coeficient de reflexie Tip lampă U, UPM, PU Ge, GPM Gs, GsU 1 * V4A-200 fără reflector Rpt 0,3; 0,5; 0,7 0,3; 0,5; 0,7 0,3; 0,5; 0,7 0,3; 0,5; 0,7 0,3; 0,5; 0,7 Рst 0,1; 0,3; 0,5; 0,1,; 0,3; 0,5 0,1; 0,3; 0,5 0,1; 0,3; 0,5 0,1; 0,3; 0,5 Рп 0,1; 0,1; 0,3 0,1; 0,1; 0,3 0,1; 0,1; 0,3 o o o i" o o...
(SIGURANȚA VIEȚII: PROIECTAREA ȘI CALCULUL MIJLOACELOR DE ASIGURARE A SIGURANȚEI)

Lumină la ciocnirea cu suprafata reflectorizanta.

Constă în faptul că căzând, Și reflectat fascicul plasat într-un singur plan cu o perpendiculară pe suprafață, iar această perpendiculară împarte unghiul dintre razele indicate în componente egale.

Mai des, este formulat simplist după cum urmează: colţ cadeși unghi reflexii de lumină aceeași:

α = β.

Legea reflexiei se bazează pe trăsături optica undelor. A fost fundamentată experimental de Euclid în secolul al III-lea î.Hr. Poate fi considerată o consecință a utilizării principiului lui Fermat pentru suprafata oglinzii. De asemenea, aceste legi pot fi formulate ca o consecință a principiului lui Huygens, conform căruia fiecare punct al mediului în care a ajuns o perturbare acționează ca sursă. unde secundare.

Orice mediu reflectă și absoarbe în mod specific radiații luminoase. Parametrul care descrie reflectivitatea suprafeței unei substanțe este notat ca coeficient de reflexie(ρ sauR) . Cantitativ, coeficientul de reflexie este egal cu raportul fluxul de radiații, reflectat de corp, la fluxul care lovește corpul:

Lumina este reflectată complet dintr-o peliculă subțire de argint sau mercur lichid depus pe o foaie de sticlă.

Evidențiați difuzŞi imagine în oglindă.

Transmisie

coeficient de reflexie

Şi coeficientul de absorbtie

Coeficienții t, r și a depind de proprietățile corpului însuși și de lungimea de undă a radiației incidente. Dependența spectrală, adică dependența coeficienților de lungimea de undă determină culoarea atât a corpurilor transparente, cât și a celor opace (t = 0).

Conform legii conservării energiei

F neg + F absorb + F pr = . (8)

Împărțind ambele părți ale egalității la , obținem:

r + a +t = 1. (9)

Se numește un corp pentru care r=0, t=0, a=1 absolut negru .

Un corp complet negru la orice temperatură absoarbe complet toată energia radiației de orice lungime de undă incidentă pe el. Toate corpurile reale nu sunt complet negre. Cu toate acestea, unele dintre ele, în anumite intervale de lungimi de undă, sunt apropiate în proprietățile lor de un corp absolut negru. De exemplu, în regiunea cu lungimea de undă a luminii vizibile, coeficienții de absorbție ai funinginei, negru platină și catifea neagră diferă puțin de unitate. Cel mai perfect model al unui corp absolut negru poate fi o mică gaură într-o cavitate închisă. Evident, acest model este mai apropiat ca caracteristici de un corp negru, cu atât este mai mare raportul dintre suprafața cavității și zona găurii (Fig. 1).

Caracteristica spectrală a absorbției undelor electromagnetice de către un corp este coeficientul de absorbție spectrală a l este o cantitate determinată de raportul dintre fluxul de radiații absorbit de corp într-un interval spectral mic (de la l la l + d l) la fluxul de radiație incident pe acesta în același interval spectral:

. (10)

Abilitățile de emisie și de absorbție ale unui corp opac sunt interdependente. Raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice a radiației de echilibru a unui corp și coeficientul său de absorbție spectrală nu depinde de natura corpului; pentru toate corpurile este o funcție universală a lungimii de undă și a temperaturii ( legea lui Kirchhoff ):

. (11)

Pentru un corp absolut negru a l = 1. Prin urmare, din legea lui Kirchhoff rezultă că M e, l = , adică Funcția universală Kirchhoff reprezintă densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp absolut negru.

Astfel, conform legii lui Kirchhoff, pentru toate corpurile raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice și coeficientul de absorbție spectrală este egal cu densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp absolut negru la aceleași valori. Tși l.

Din legea lui Kirchhoff rezultă că densitatea spectrală a luminozității energetice a oricărui corp din orice regiune a spectrului este întotdeauna mai mică decât densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp absolut negru (la aceleași valori de lungime de undă și temperatură) . În plus, din această lege rezultă că dacă un corp la o anumită temperatură nu absoarbe unde electromagneticeîn intervalul de la l la l + d l, atunci nu le emite în acest interval de lungime la o temperatură dată.

Forma analitică a funcției pentru un corp absolut negru
a fost stabilit de Planck pe baza conceptelor cuantice despre natura radiațiilor:

(12)

Spectrul de emisie al unui corp complet negru are un maxim caracteristic (Fig. 2), care se deplasează către regiunea cu lungime de undă mai scurtă odată cu creșterea temperaturii (Fig. 3). Poziția densității spectrale maxime a luminozității energetice poate fi determinată din expresia (12) în mod obișnuit, prin echivalarea primei derivate cu zero:

. (13)

Notând , obținem:

X – 5 ( – 1) = 0. (14)

Orez. 2 Fig. 3

Rezolvarea acestei ecuații transcendentale dă numeric
X = 4, 965.

Prin urmare,

, (15)

= = b 1 = 2,898 m K, (16)

Astfel, funcția atinge un maxim la o lungime de undă invers proporțională cu temperatura termodinamică a unui corp negru ( Prima lege a lui Wien ).

Din legea lui Wien rezultă că la temperaturi scăzute sunt emise predominant unde electromagnetice lungi (infraroșii). Pe măsură ce temperatura crește, proporția de radiație în regiunea vizibilă a spectrului crește, iar corpul începe să strălucească. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, luminozitatea strălucirii sale crește și culoarea se schimbă. Prin urmare, culoarea radiației poate servi ca o caracteristică a temperaturii radiației. Dependența aproximativă a culorii strălucirii unui corp de temperatura acestuia este dată în tabel. 1.

Tabelul 1

Prima lege a lui Wien se mai numește legea deplasării , subliniind astfel că, odată cu creșterea temperaturii, densitatea spectrală maximă a luminozității energetice se deplasează către lungimi de undă mai scurte.

Înlocuind formula (17) în expresia (12), este ușor de arătat că valoarea maximă a funcției este proporțională cu puterea a cincea a temperaturii termodinamice a corpului ( A doua lege a lui Wien ):

Luminozitatea energetică a unui corp absolut negru poate fi găsită din expresia (12) prin simpla integrare pe lungimea de undă

(18)

unde este constanta Planck redusă,

Luminozitatea energetică a unui corp absolut negru este proporțională cu puterea a patra a temperaturii sale termodinamice. Această prevedere se numește Legea Stefan-Boltzmann , iar coeficientul de proporționalitate s = 5,67×10 -8 – constanta Stefan–Boltzmann.

Un corp complet negru este o idealizare a corpurilor reale. Corpurile reale emit radiații al căror spectru nu este descris de formula lui Planck. Luminozitatea lor energetică, pe lângă temperatură, depinde de natura corpului și de starea suprafeței acestuia. Acești factori pot fi luați în considerare dacă în formula (19) se introduce un coeficient care să arate de câte ori luminozitatea energetică a unui corp absolut negru la o anumită temperatură este mai mare decât luminozitatea energetică a unui corp real la aceeași temperatură.

de unde sau (21)

Pentru toate corpurile reale<1 и зависит как от природы тела и состояния его поверхности, так и от температуры. В частности, для вольфрамовых нитей электроламп накаливания зависимость от T are forma prezentată în fig. 4.

Măsurarea energiei radiațiilor și a temperaturii unui cuptor electric se bazează pe efect Seebeck, care constă în apariția unei forțe electromotoare într-un circuit electric format din mai mulți conductori diferiți, ale căror contacte au temperaturi diferite.

Se formează doi conductori diferiți termocuplu , iar termocuplurile conectate în serie sunt un termocuplu. Dacă contactele (de obicei, joncțiunile) conductoarelor sunt la temperaturi diferite, atunci într-un circuit închis care include termocupluri, apare un termoEMF, a cărui mărime este determinată în mod unic de diferența de temperatură dintre contactele calde și reci, numărul de termocupluri conectate. în serie şi natura materialelor conductoare.

Mărimea termoEMF care apare în circuit din cauza energiei radiației incidente pe joncțiunile coloanei termice este măsurată de un milivoltmetru situat pe panoul frontal al dispozitivului de măsurare. Scara acestui dispozitiv este gradată în milivolți.

Temperatura unui corp negru (cuptor) este măsurată cu ajutorul unui termometru termoelectric format dintr-un singur termocuplu. EMF-ul său este măsurat de un milivoltmetru, situat și pe panoul frontal al dispozitivului de măsurare și calibrat în °C.

Nota. Milivoltmetrul înregistrează diferența de temperatură dintre joncțiunile calde și reci ale termocuplului, așa că pentru a obține temperatura cuptorului, trebuie să adăugați temperatura camerei la citirea dispozitivului.

În această lucrare, se măsoară termoEMF a unui termocuplu, a cărui valoare este proporțională cu energia cheltuită pentru încălzirea unuia dintre contactele fiecărui termocuplu al coloanei și, în consecință, luminozitatea energetică (la intervale de timp egale între măsurători și o zonă de emițător constantă):

Unde b– coeficientul de proporționalitate.

Echivalând părțile din dreapta ale egalităților (19) și (22), obținem:

s× T 4 =b×e,

Unde Cu– valoare constantă.

Concomitent cu măsurarea termoEMF a termocoloanei, se măsoară diferența de temperatură Δ t joncțiunile calde și reci ale unui termocuplu plasate într-un cuptor electric și determină temperatura cuptorului.

Folosind valorile obținute experimental ale temperaturii unui corp complet negru (cuptor) și valorile termoEMF corespunzătoare ale termocoloanei, determinați valoarea coeficientului proporțional cu
sti Cu, care ar trebui să fie același în toate experimentele. Apoi trasează dependența c= f(T), care ar trebui să arate ca o linie dreaptă paralelă cu axa temperaturii.

Astfel, în munca de laborator se stabilește natura dependenței luminozității energetice a unui corp absolut negru de temperatura acestuia, adică. Se verifică legea Stefan–Boltzmann.