Лабораторная работа №20 измерение коэффициентов светопропускания, отражения, яркости и блеска различных материалов

Цель работы: ознакомиться с принципом работы фотоэлектрических приборов и научиться определять коэффициенты пропускания, отражения, яркости и блеска различных материалов.

Приборы и принадлежности: фотометр ФМ-58, источник питания, набор образцов, набор приспособлений.

Теоретическое обоснование

При падении световой волны на границу раздела двух прозрачных сред часть света отражается, часть проходит во вторую среду, а часть поглощается. Явления отражения, поглощения и пропускания света характеризуются с помощью соответствующих коэффициентов.

Коэффициенты отражения , поглощения и пропускания определяются как отношения интенсивностей соответственно отраженного J_R, поглощенного J_k, прошедшего J_t света к интенсивности падающего света J₀, то есть

; ; (20.1)

На основании закона сохранения энергии можно записать

(20.2)

Решая совместно уравнения (20.1) и (20.2), получим

(20.3)

то есть сумма коэффициентов отражения, поглощения и пропускания равна 1.

Если поглощение мало, то k можно принять равным 0, тогда . Наоборот, если тело непрозрачно, то t=0 и тогда

Идеально белым телом называется такое тело, у которого коэффициент отражения R равен 1. Поэтому R характеризует степень белизны, а величина характеризует степень черноты тела.

Френель предложил естественную световую волну разложить на две составляющие: Р и S, у которых вектор напряженности электрического поля совершает колебания соответственно в плоскости падения волны Р, и в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения волны S. Применяя граничные условия (равенство тангенциальных составляющих вектора для падающей, отраженной и преломленной волны) к волне, падающей на границу раздела двух прозрачных сред, он вычислил значение вектора для Р и S составляющих отраженных и преломленных волн:

(20.4)

где – угол падения, γ – угол преломления, , – амплитудное значение Р и S составляющих вектора падающей волны.

Формулы (20.4) получили название формул Френеля. Учитывая, что интенсивность света равна

(20.5)

можно, используя выражение (20.4), найти интенсивность отражённой и преломленной волн через соответствующие коэффициенты R и T.

Коэффициент отражения неразрывно связан с коэффициентом яркости В. Коэффициентом яркости поверхности называют отношение яркости светорассеивающей поверхности к яркости «идеального рассеивателя», находящегося в тех же условиях освещения.

За «идеальный рассеиватель» принимают поверхность, отражающую весь падающий на неё световой поток. В качестве такого «идеального рассеивателя» обычно берут баритовую пластинку. Близок к ней по отражению лист ватмановской бумаги.

В том случае, когда измеряемый образец и баритовая пластинка имеют одинаковые рассеивающие свойства, коэффициент отражения образца определяется из выражения

(20.6)

где R – коэффициент отражения образца, В – отношение коэффициента яркости образца к яркости баритовой пластинки, R_n – коэффициент отражения баритовой пластинки.

Блеск испытуемой поверхности характеризуется коэффициентом , который равен отношению коэффициентов яркости образца при углах и 0⁰ , то есть

(20.7)

где – коэффициент яркости образца при наклоне на угол ; В₀ – коэффициент яркости образца при угле 0⁰; Р – поправка, учитывающая изменение яркости испытуемого образца, происходящее при углах от 0⁰ до 45⁰ ,

(20.8)

При работе на фотометрах отношение коэффициентов яркости образца при углах и 0⁰ можно связать с отсчётами по правому барабану прибора при углах и 0⁰.

Тогда формула (20.7) примет вид:

(20.9)

где 100 – отсчёт по правому барабану при угле 0⁰; - средний отсчёт по правому барабану при угле наклона образца .