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Reflectancia

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Para otros usos, redirigir a; Reflectancia (desambiguación)

Curvas de reflectancia espectral para espejos metálicos de aluminio (Al), plata (Ag) y oro (Au) a incidencia normal.

La reflectancia de la superficie de un material es su capacidad para reflejar la energía radiante . Es la fracción de la potencia electromagnética incidente que se refleja en su superficie. La reflectancia es un componente de la respuesta de la estructura electrónica del material al campo electromagnético de la luz y, en general, depende de la frecuencia o longitud de onda de la luz, su polarización y el ángulo de incidencia . La dependencia de la reflectancia con la longitud de onda se denomina espectro de reflectancia o curva espectral de reflectancia .

Definiciones matemáticas

Reflectancia hemisférica

La reflectancia hemisférica de una superficie, denotada R , se define como [ 1 ].R=ΦmirΦmii,{\displaystyle R={\frac {\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} }^{\mathrm {i} }}},} donde Φ e r es el flujo radiante reflejado por esa superficie y Φ e i es el flujo radiante recibido por esa superficie.

Reflectancia hemisférica espectral

La reflectancia hemisférica espectral en frecuencia y la reflectancia hemisférica espectral en longitud de onda de una superficie, denotadas R ν y R λ respectivamente, se definen como [ 1 ].Rν=Φmi,νrΦmi,νi,{\displaystyle R_{\nu }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }^{\mathrm {i} }}},}Rλ=Φmi,λrΦmi,λi,{\displaystyle R_{\lambda }={\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},} dónde

Reflectancia direccional

La reflectancia direccional de una superficie, denotada R Ω , se define como [ 1 ]RΩ=Lmi,ΩrLmi,Ωi,{\displaystyle R_{\Omega }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{\mathrm {i} }}},} dónde

  • L e,Ω r es la radiancia reflejada por esa superficie;
  • L e,Ω i es la radiancia recibida por esa superficie.

Esto depende tanto de la dirección reflejada como de la dirección incidente. En otras palabras, tiene un valor para cada combinación de direcciones incidentes y salientes. Está relacionado con la función de distribución de reflectancia bidireccional y su límite superior es 1. Otra medida de reflectancia, que depende solo de la dirección saliente, es I / F , donde I es la radiancia reflejada en una dirección dada y F es la radiancia incidente promediada en todas las direcciones, es decir, el flujo total de radiación que incide sobre la superficie por unidad de área, dividido por π. [ 2 ] Esto puede ser mayor que 1 para una superficie brillante iluminada por una fuente como el sol, con la reflectancia medida en la dirección de máxima radiancia (véase también el efecto Seeliger ).

Reflectancia direccional espectral

La reflectancia direccional espectral en frecuencia y la reflectancia direccional espectral en longitud de onda de una superficie, denotadas R Ω, ​​ν y R Ω, ​​λ respectivamente, se definen como [ 1 ].RΩ,ν=Lmi,Ω,νrLmi,Ω,νi,{\displaystyle R_{\Omega ,\nu }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\mathrm {i} }}},}RΩ,λ=Lmi,Ω,λrLmi,Ω,λi,{\displaystyle R_{\Omega ,\lambda }={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {r} }}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\mathrm {i} }}},} dónde

Nuevamente, también se puede definir un valor de I / F (ver arriba) para una longitud de onda dada. [ 3 ]

Reflectividad

Coeficientes de reflexión de Fresnel para una superficie límite entre el aire y un material variable en función del índice de refracción complejo y el ángulo de incidencia.

Para materiales homogéneos y semiinfinitos (véase semiespacio ), la reflectividad es igual a la reflectancia. La reflectividad es el cuadrado de la magnitud del coeficiente de reflexión de Fresnel , [ 4 ] que es la relación entre el campo eléctrico reflejado y el incidente ; [ 5 ] como tal, el coeficiente de reflexión puede expresarse como un número complejo determinado por las ecuaciones de Fresnel para una sola capa, mientras que la reflectancia siempre es un número real positivo .

Para medios estratificados y finitos, según la CIE , la reflectividad se distingue de la reflectancia por el hecho de que la reflectividad es un valor que se aplica a objetos reflectantes gruesos . [ 6 ] Cuando la reflexión se produce en capas delgadas de material, los efectos de reflexión interna pueden hacer que la reflectancia varíe con el espesor de la superficie. La reflectividad es el valor límite de la reflectancia a medida que la muestra se vuelve más gruesa; es la reflectancia intrínseca de la superficie, por lo tanto, independiente de otros parámetros como la reflectancia de la superficie posterior. Otra forma de interpretar esto es que la reflectancia es la fracción de potencia electromagnética reflejada por una muestra específica, mientras que la reflectividad es una propiedad del material en sí, que se mediría en una máquina perfecta si el material ocupara la mitad de todo el espacio. [ 7 ]

Tipo de superficie

Dado que la reflectancia es una propiedad direccional, la mayoría de las superficies se pueden dividir en aquellas que dan reflexión especular y aquellas que dan reflexión difusa .

En superficies especulares, como el vidrio o el metal pulido, la reflectancia es prácticamente cero en todos los ángulos, excepto en el ángulo de reflexión apropiado; es decir, el mismo ángulo con respecto a la normal de la superficie en el plano de incidencia , pero en el lado opuesto. Cuando la radiación incide perpendicularmente a la superficie, se refleja en la misma dirección.

En superficies difusas, como la pintura blanca mate, la reflectancia es uniforme; la radiación se refleja en todos los ángulos de forma igual o casi igual. Se dice que dichas superficies son lambertianas .

La mayoría de los objetos prácticos presentan una combinación de propiedades reflectantes difusas y especulares.

Reflectancia líquida

Reflectancia del agua lisa a 20  °C (índice de refracción 1,333)

La reflexión de la luz se produce en un límite donde cambia el índice de refracción . La reflexión especular se calcula mediante las ecuaciones de Fresnel . [ 8 ] La reflexión de Fresnel es direccional y, por lo tanto, no contribuye significativamente al albedo , que se basa principalmente en la reflexión difusa.

Una superficie líquida puede ser ondulada. La reflectancia se puede ajustar para compensar la ondulación .

eficiencia de la rejilla

La generalización de la reflectancia a una red de difracción , que dispersa la luz por longitud de onda , se denomina eficiencia de difracción .

Otros coeficientes radiométricos

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 "Aislamiento térmico — Transferencia de calor por radiación — Magnitudes físicas y definiciones" . ISO 9288:1989 . Catálogo ISO . 1989. Consultado el 15 de marzo de 2015 .
  2. Cuzzi, Jeffrey; Chambers, Lindsey; Hendrix, Amanda (21 de octubre de 2016). "Superficies rugosas: ¿es la materia oscura solo sombra?" . Icarus . 289 : 281–294 . doi : 10.1016 /j.icarus.2016.10.018 . PMC 6839776. PMID 31708591 .  
  3. Véase, por ejemplo, PGJ Irwin; et al. (12 de enero de 2022). "Mundos azules brumosos: un modelo holístico de aerosoles para Urano y Neptuno, incluyendo manchas oscuras" . Journal of Geophysical Research: Planets . 127 (6) e2022JE007189. arXiv : 2201.04516 . Bibcode : 2022JGRE..12707189I . doi : 10.1029/2022JE007189 . hdl : 1983 / 65ee78f0-1d28-4017-bbd9-1b49b24700d7 . PMC 9286428. PMID 35865671 . S2CID 245877540 .    
  4. E. Hecht (2001). Óptica (4ª ed.). Educación Pearson. ISBN 0-8053-8566-5.
  5. IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 ) " Reflectancia ". doi : 10.1351/goldbook.R05235
  6. "Vocabulario internacional de iluminación CIE" . Archivado del original el 16 de junio de 2016. Consultado el 4 de diciembre de 2010 .
  7. Palmer y Grant, El arte de la radiometría
  8. Ottaviani, M. y Stamnes, K. y Koskulics, J. y Eide, H. y Long, SR y Su, W. y Wiscombe, W., 2008: ' Reflexión de la luz en las olas del agua: Configuración adecuada para una investigación polarimétrica en condiciones de laboratorio controladas . Journal of Atmospheric and Oceanic Technology , 25 (5) , 715--728.
  • Reflectividad de los metales Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine .