Refletância - Reflectance

Curvas de refletância espectral para espelhos de metal de alumínio (Al), prata (Ag) e ouro (Au) com incidência normal.

A refletância da superfície de um material é sua eficácia em refletir a energia radiante . É a fração da potência eletromagnética incidente que é refletida no limite. A refletância é um componente da resposta da estrutura eletrônica do material ao campo eletromagnético da luz e é, em geral, uma função da frequência ou comprimento de onda da luz, sua polarização e o ângulo de incidência . A dependência da refletância no comprimento de onda é chamada de espectro de refletância ou curva de refletância espectral .

Definições matemáticas

Refletância hemisférica

A refletância hemisférica de uma superfície, denotada R , é definida como

{\ displaystyle R = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e}} ^ {\ mathrm {r}}} {\ Phi _ {\ mathrm {e}} ^ {\ mathrm {i}}}}, }

onde Φ _e^r é o fluxo radiante refletido por essa superfície e Φ _eⁱ é o fluxo radiante recebido por essa superfície.

Refletância hemisférica espectral

A refletância hemisférica espectral em frequência e a refletância hemisférica espectral no comprimento de onda de uma superfície, denotados R _ν e R _λ respectivamente, são definidos como

{\ displaystyle R _ {\ nu} = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu} ^ {\ mathrm {r}}} {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu} ^ {\ mathrm {i}}}},}

{\ displaystyle R _ {\ lambda} = {\ frac {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} ^ {\ mathrm {r}}} {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} ^ {\ mathrm {i}}}},}

Onde

Φ _{e, ν}^r é o fluxo espectral radiante em frequência refletido por aquela superfície;

Φ _{e, ν}ⁱ é o fluxo espectral radiante em freqüência recebido por aquela superfície;

Φ _{e, λ}^r é o fluxo espectral radiante em comprimento de onda refletido por aquela superfície;

Φ _{e, λ}ⁱ é o fluxo espectral radiante em comprimento de onda recebido por aquela superfície.

Refletância direcional

A refletância direcional de uma superfície, denotada R _Ω , é definida como

{\ displaystyle R _ {\ Omega} = {\ frac {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega} ^ {\ mathrm {r}}} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega} ^ {\ mathrm { eu} }}},}

Onde

L _{e, Ω}^r é a radiância refletida por essa superfície;

L _{e, Ω}ⁱ é o brilho recebido por aquela superfície.

Refletância direcional espectral

A refletância direcional espectral na frequência e a refletância direcional espectral no comprimento de onda de uma superfície, denotada R _{Ω, ν} e R _{Ω, λ} respectivamente, são definidas como

{\ displaystyle R _ {\ Omega, \ nu} = {\ frac {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ nu} ^ {\ mathrm {r}}} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega , \ nu} ^ {\ mathrm {i}}}},}

{\ displaystyle R _ {\ Omega, \ lambda} = {\ frac {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ lambda} ^ {\ mathrm {r}}} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega , \ lambda} ^ {\ mathrm {i}}}},}

Onde

L _{e, Ω, ν}^r é a radiância espectral em frequência refletida por aquela superfície;

L _{e, Ω, ν}ⁱ é a radiância espectral recebida por aquela superfície;

L _{e, Ω, λ}^r é a radiância espectral em comprimento de onda refletida por aquela superfície;

L _{e, Ω, λ}ⁱ é a radiância espectral em comprimento de onda recebida por aquela superfície.

Reflexividade

Coeficientes de reflexão de Fresnel para uma superfície limite entre o ar e um material variável na dependência do índice de refração complexo e do ângulo de incidência.

Para materiais homogêneos e semi-infinitos (veja meio- espaço ), refletividade é o mesmo que refletância. A refletividade é o quadrado da magnitude do coeficiente de reflexão de Fresnel , que é a razão entre o campo elétrico refletido e o incidente ; como tal, o coeficiente de reflexão pode ser expresso como um número complexo conforme determinado pelas equações de Fresnel para uma única camada, enquanto a refletância é sempre um número real positivo .

Para meios em camadas e finitos, de acordo com o CIE , a refletividade se distingue da refletância pelo fato de que a refletividade é um valor que se aplica a objetos refletivos espessos . Quando a reflexão ocorre a partir de camadas finas de material, os efeitos da reflexão interna podem fazer com que a refletância varie com a espessura da superfície. A refletividade é o valor limite de refletância conforme a amostra se torna espessa; é a refletância intrínseca da superfície, portanto, independentemente de outros parâmetros, como a refletância da superfície traseira. Outra forma de interpretar isso é que a refletância é a fração da potência eletromagnética refletida de uma amostra específica, enquanto a refletividade é uma propriedade do próprio material, que seria medida em uma máquina perfeita se o material ocupasse metade de todo o espaço.

Tipo de superfície

Dado que a refletância é uma propriedade direcional, a maioria das superfícies pode ser dividida entre aquelas que fornecem reflexão especular e aquelas que fornecem reflexão difusa .

Para superfícies especulares, como vidro ou metal polido, a refletância é quase zero em todos os ângulos, exceto no ângulo refletido apropriado; esse é o mesmo ângulo em relação à normal da superfície no plano de incidência , mas no lado oposto. Quando a radiação é incidente normal à superfície, ela é refletida de volta na mesma direção.

Para superfícies difusas, como tinta branca fosca, a refletância é uniforme; a radiação é refletida em todos os ângulos igualmente ou quase igualmente. Essas superfícies são chamadas lambertianas .

A maioria dos objetos práticos exibe uma combinação de propriedades reflexivas difusas e especulares.

Refletância de água

Refletância da água lisa a 20 ° C (índice de refração 1,333).

A reflexão ocorre quando a luz se move de um meio com um índice de refração para um segundo meio com um índice de refração diferente.

A reflexão especular de um corpo d'água é calculada pelas equações de Fresnel . A reflexão de Fresnel é direcional e, portanto, não contribui significativamente para o albedo, que principalmente difunde a reflexão.

Uma superfície de água real pode ser ondulada. A refletância, que assume uma superfície plana conforme dada pelas equações de Fresnel , pode ser ajustada para levar em conta a ondulação .

Eficiência de grade

A generalização da refletância para uma rede de difração , que dispersa a luz por comprimento de onda , é chamada de eficiência de difração .

Unidades de radiometria no Sistema Internacional de Unidades

Unidades de radiometria SI

v

t

e
Quantidade		Unidade		Dimensão	Notas
Nome	Símbolo	Nome	Símbolo	Símbolo	Notas
Energia radiante	Q _e	joule	J	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Energia da radiação eletromagnética.
Densidade de energia radiante	w _e	joule por metro cúbico	J / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²	Energia radiante por unidade de volume.
Fluxo radiante	Φ _e	watt	W = J / s	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻³	Energia radiante emitida, refletida, transmitida ou recebida, por unidade de tempo. Isso às vezes também é chamado de "poder radiante".
Fluxo espectral	Φ _{e, ν}	watt por hertz	W / Hz	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Fluxo radiante por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅nm ⁻¹ .
Fluxo espectral	Φ _{e, λ}	watt por metro	W / m	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Intensidade radiante	I _{e, Ω}	watt por steradian	W / sr	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻³	Fluxo radiante emitido, refletido, transmitido ou recebido, por unidade de ângulo sólido. Esta é uma quantidade direcional .
Intensidade espectral	I _{e, Ω, ν}	watt por steradian por hertz	W⋅sr ⁻¹ ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Intensidade radiante por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅sr ⁻¹ ⋅nm ⁻¹ . Esta é uma quantidade direcional .
Intensidade espectral	I _{e, Ω, λ}	watt por steradian por metro	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻¹	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Radiance	L _{e, Ω}	watt por steradian por metro quadrado	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻²	M ⋅ T ⁻³	Fluxo radiante emitido, refletido, transmitido ou recebido por uma superfície , por unidade de ângulo sólido por unidade de área projetada. Esta é uma quantidade direcional . Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade".
Radiância espectral	L _{e, Ω, ν}	watt por steradian por metro quadrado por hertz	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Radiância de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . Esta é uma quantidade direcional . Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral".
Radiância espectral	L _{e, Ω, λ}	watt por steradian por metro quadrado, por metro	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Densidade de fluxo de irradiância	E _e	watt por metro quadrado	W / m ²	M ⋅ T ⁻³	Fluxo radiante recebido por uma superfície por unidade de área. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade".
Irradiância espectral Densidade de fluxo espectral	E _{e, ν}	watt por metro quadrado por hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Irradiância de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". Unidades não SI de densidade de fluxo espectral incluem jansky (1 Jy = 10 ⁻²⁶ W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ ) e unidade de fluxo solar (1 sfu = 10 ⁻²² W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ = 10 ⁴ Jy).
Irradiância espectral Densidade de fluxo espectral	E _{e, λ}	watt por metro quadrado, por metro	W / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Radiosidade	J _e	watt por metro quadrado	W / m ²	M ⋅ T ⁻³	Fluxo radiante saindo (emitido, refletido e transmitido por) uma superfície por unidade de área. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade".
Radiosidade espectral	J _{e, ν}	watt por metro quadrado por hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Radiosidade de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade espectral".
Radiosidade espectral	J _{e, λ}	watt por metro quadrado, por metro	W / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Saída radiante	M _e	watt por metro quadrado	W / m ²	M ⋅ T ⁻³	Fluxo radiante emitido por uma superfície por unidade de área. Este é o componente emitido da radiosidade. "Emitância radiante" é um termo antigo para essa quantidade. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade".
Saída espectral	M _{e, ν}	watt por metro quadrado por hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Saída radiante de uma superfície por unidade de freqüência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . "Emitância espectral" é um termo antigo para essa quantidade. Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral".
Saída espectral	M _{e, λ}	watt por metro quadrado, por metro	W / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Exposição radiante	H _e	joule por metro quadrado	J / m ²	M ⋅ T ⁻²	Energia radiante recebida por uma superfície por unidade de área, ou equivalentemente irradiância de uma superfície integrada ao longo do tempo de irradiação. Isso às vezes também é chamado de "fluência radiante".
Exposição espectral	H _{e, ν}	joule por metro quadrado por hertz	J⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻¹	Exposição radiante de uma superfície por unidade de freqüência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em J⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . Isso às vezes também é chamado de "fluência espectral".
Exposição espectral	H _{e, λ}	joule por metro quadrado, por metro	J / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²
Emissividade hemisférica	ε	N / D		1	Saída radiante de uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura dessa superfície.
Emissividade hemisférica espectral	ε _ν ou ε _λ	N / D		1	Saída espectral de uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície.
Emissividade direcional	ε _Ω	N / D		1	Radiância emitida por uma superfície , dividida pela emitida por um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície.
Emissividade direcional espectral	ε _{Ω, ν} ou ε _{Ω, λ}	N / D		1	Radiância espectral emitida por uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície.
Absorção hemisférica	UMA	N / D		1	Fluxo radiante absorvido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância ".
Absortância hemisférica espectral	A _ν ou A _λ	N / D		1	Fluxo espectral absorvido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância espectral ".
Absorção direcional	A _Ω	N / D		1	Radiância absorvida por uma superfície , dividida pela radiância incidente sobre essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância ".
Absorção direcional espectral	A _{Ω, ν} ou A _{Ω, λ}	N / D		1	Radiância espectral absorvida por uma superfície , dividida pela radiância espectral incidente sobre essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância espectral ".
Refletância hemisférica	R	N / D		1	Fluxo radiante refletido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície.
Refletância hemisférica espectral	R _ν ou R _λ	N / D		1	Fluxo espectral refletido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície.
Refletância direcional	R _Ω	N / D		1	Radiância refletida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície.
Refletância direcional espectral	R _{Ω, ν} ou R _{Ω, λ}	N / D		1	Radiância espectral refletida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície.
Transmitância hemisférica	T	N / D		1	Fluxo radiante transmitido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície.
Transmitância hemisférica espectral	T _ν ou T _λ	N / D		1	Fluxo espectral transmitido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície.
Transmitância direcional	T _Ω	N / D		1	Radiância transmitida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície.
Transmitância direcional espectral	T _{Ω, ν} ou T _{Ω, λ}	N / D		1	Radiância espectral transmitida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície.
Coeficiente de atenuação hemisférica	µ	medidor recíproco	m ^-1	L ^-1	Fluxo radiante absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume.
Coeficiente de atenuação hemisférica espectral	μ _ν ou μ _λ	medidor recíproco	m ^-1	L ^-1	Fluxo radiante espectral absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume.
Coeficiente de atenuação direcional	μ _Ω	medidor recíproco	m ^-1	L ^-1	O brilho absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume.
Coeficiente de atenuação direcional espectral	μ _{Ω, ν} ou μ _{Ω, λ}	medidor recíproco	m ^-1	L ^-1	A radiância espectral absorvida e espalhada por um volume por unidade de comprimento, dividido pela recebida por esse volume.
Veja também: SI · Radiometria · Fotometria

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Definições matemáticas

Refletância hemisférica

Refletância hemisférica espectral

Refletância direcional

Refletância direcional espectral

Reflexividade

Tipo de superfície

Refletância de água

Eficiência de grade

Unidades de radiometria no Sistema Internacional de Unidades

Veja também

Referências

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