Refleksion

Neutral og selektiv refleksion og transmission

gv-50-40-10-ae-kilen-frb-high.jpg

Gulvets farve reflekteres i loftet.
Kilen på Frederiksberg.
Foto: Astrid Espenhain.

zoom

Hvordan lyset fra en overflade reflekteres, afhænger i høj grad af det materiale, overfladen består af.

Hvis en overflade af et givet materiale reflekterer lys af alle bølgelængder lige godt, vil lys, der reflekteres af overfladen, ikke skifte farve ved refleksionen. Man kalder denne refleksion for neutral eller ikke selektiv refleksion.

Visse materialer eller overflader reflekterer lys af nogle bølgelængder bedre end andre. Herved bliver farven af det reflekterede lys ændret ved refleksionen og man kalder denne for selektiv refleksion.

Analogt hermed taler man om neutral og selektiv transmission, f.eks. gennem tonet eller farvet glas.

  

 

gv-50-40-20-sh-refraktion-high.jpg

Refraktion
Når et strålebundt passerer mellem to stoffer vil det som regel skifte retning eller 'brydes', som det også kaldes. Denne brydning kaldes refraktion.
For at kunne beregne den retning en lysstråle får, når den er blevet brudt, har man indført begrebet 'refraktionsindeks' (brydningsforhold), som betegnes med bogstavet n og er forholdet mellem sinus til indfaldsvinklen (i) og sinus til vinklen (b) mellem den brudte stråle og normalen til overfladen:

n = sin(i) / sin (b)

 

gv-50-40-30-denstoredanske-isaac-newton-high.jpg
Naturvidenskabsmanden og filosoffen Isaac Newton (1642-1727) var den første til at vise, at hvidt lys er en blanding af lys med forskellige farver. Her lader Isaac Newton sollyset spredes i et prisme. Foto: Gyldendal/www.denstoredanske.dk

Grænser for brydning
Der er grænser for, hvor stor afbøjning, der kan opnås ved brydning.  En sådan grænse sættes af, at en lysstråle, der trænger ind i et lysbrydende medium, højst kan danne en vinkel Vm med normalen til grænsefladen. Denne vinkel er ca. 42° ved et brydningsindeks på 1,5. 

Inde i mediet kan der imidlertid udmærket findes lysstråler, som danner en større vinkel med grænsefladens normal. Disse kan dog aldrig trænge ud gennem grænsefladen, men vil totalreflekteres i denne. Totalrefleksion er i princippet en spejling med en reflektans på 100 %. Hvis grænsefladen er ridset eller snavset, kan der dog forekomme tab.

Ved et brydningsindeks på 1,5 kan et prisme højst afbøje en retning i en vinkel på 180° - 2 * Vm ≈ 96°. I praksis kan man dog ikke komme så højt op. Bl.a. vil begge prismesider være næsten parallelle med stråleretningerne, således at den lysstrøm, der kan styres af prismet, er meget lille.

En anden årsag er, at den ene prismeside i praksis som regel må indgå som en del af den plane side af et glas eller en skærm. De interessante retninger vil ofte være omtrent vinkelrette på denne side, således at lysbrydningen må varetages alene af den anden side. Den mulige afbøjning er da kun halvt så stor og må i realiteten holdes endnu lavere.

En yderligere årsag til at afbøjningen må holdes lavere end det teoretisk opnåelige, er at der i enhver grænseflade optræder en vinkelafhængig refleksion. Denne refleksion er givet ved Fresnels formel, der er et udtryk for et uundgåeligt fysisk forhold (til dyre linser anvendes dog belægning, som reducerer refleksionen).

Ved er brydningsindeks på 1,5 er reflektansen kun ca. 4 % for den retning, der er vinkelret på grænsefladen. For stigende vinkler med normalen vokser reflektansen imidlertid og når i princippet 100 % for retninger som er parallelle med grænsefladen, For den omvendte stråleretning sker der en helt tilsvarende refleksion tilbage i det lysbrydende medium, idet en reflektans på 100 % optræder fra og med den omtalte maksimale vinkel.

I praksis må man søge at undgå kraftige refleksioner og dermed begrænse afbøjningen. Alt i alt holdes afbøjningen derfor ofte under 30° - 40°.

Toralreflektion anvendes f.eks. i lysledere og i de såkaldte TIR-linser til LED (" total internal reflection").

Relaterede emner: