Reflexividade

Curvas espectrais de reflectância do alumínio, prata e ouro com incidência normal.

Reflexividade é uma propriedade de objetos refletores espessos, calculada pela razão entre a energia eletromagnética refletida e a incidente. Determina-se pelo valor limite da reflectância (fração da energia eletromagnética incidente que é refletida numa superfície em contraste com o coeficiente de reflexão) quando o objeto refletor for suficientemente espesso.

A generalização da reflexividade para uma rede de difração é chamada de eficiência de difração.

R c = E r / E i {\displaystyle R_{c}=E_{r}/E_{i}}

Diferença entre reflectância e reflexividade

A reflectância é calculada pelo quadrado da magnitude do coeficiente de reflexão, podendo esse ser expresso por um número complexo, como determinado pelas equações de Fresnel para uma camada única, ao passo que a reflexividade é sempre expressa por um número real positivo.

Segundo a CIE (Comissão Internacional de Iluminação), a reflexividade difere da reflectância no sentido de ser um valor aplicado a objetos refletores espessos, enquanto que a reflectância varia conforme a espessura do objeto, devido à reflexão interna. Ou seja, a reflectância é a fração de energia eletromagnética refletida por uma determinada amostra e a reflectividade é uma propriedade do material.

Tipos de superfície

Mecanismo geral da dispersão em superfícies sólidas

As superfícies podem ser divididas em dois tipos, de acordo com sua reflexão: especular e difusa. Porém a maioria dos objetos possui um equilíbrio de propriedades.

Superfícies com reflexão especular

As superfícies desse tipo possuem sua reflexividade próxima a zero em todos os ângulos, exceto o próprio ângulo de reflexividade, ou seja, a radiação refletida só percorrerá a mesma trajetória da radiação incidente apenas se a incidência for ortogonal. Exemplos: vidro, metal polido, espelho.

Superfícies com reflexão difusa

As superfícies desse tipo possuem reflexividade uniforme, ou seja, a radiação é refletida quase que igualmente para todos os ângulos de emissão. Exemplo: superfície pintada com tinta branca fosca.

Reflexividade da água

A reflexão ocorre quando a luz atravessa meios com índice de refração diferentes. A reflexão especular da água é calculada utilizando as equações de Fresnel. Visto que a reflexão de Fresnel é direcional, não há uma contribuição significativa para o albedo, que é a reflexão difusa.

Outro fator que dificulta a quantização da reflexividade de uma superfície aquosa é a possível existência de ondas.

Coeficientes de reflexão de fresnel de uma superfície limite entre o ar e um material variável na dependência do índice refractivo complexo e o ângulo de incidência

Reflexividade em raios X

Raios X também são refletidos por certos materiais e o fenômeno é utilizado em interferometria para analisar a estrutura de filmes finos e depósitos de camadas múltiplas em física e química. É uma ideia complementar a elipsometria. A ideia é medir a reflexão especular de Raios X em uma superfície e ver qualquer desvio a partir dos coeficientes de Fresnel. Ele foi desenvolvido pelo professor Lyman G. Parratt, da Universidade de Cornell, nos Estados Unidos e publicado em um artigo na Physical Review em 1954. Quando a superfície não é perfeitamente lisa e em vez disso tem uma densidade de elétrons dada por ρ e ( z ) {\displaystyle \rho _{e}(z)} , a reflectividade pode ser aproximada por:

R ( Q ) / R F ( Q ) = | 1 ρ ∞ ∫ − ∞ ∞ e i Q z ( d ρ e d z ) d z | 2 {\displaystyle R(Q)/R_{F}(Q)=\left|{\frac {1}{\rho _{\infty }}}{\int \limits _{-\infty }^{\infty }{e^{iQz}\left({\frac {d\rho _{e}}{dz}}\right)dz}}\right|^{2}}

onde

  • R ( Q ) / R F ( Q ) {\displaystyle R(Q)/R_{F}(Q)} é a reflectividade
  • Q = 4 π sin ⁡ ( θ ) / λ {\displaystyle Q=4\pi \sin(\theta )/\lambda }
  • λ {\displaystyle \lambda } é o comprimento de onda de raios X
  • ρ ∞ {\displaystyle \rho _{\infty }} é a densidade de elétrons do material
  • θ {\displaystyle \theta } é o ângulo de incidência

Relações com outras propriedades

Os coeficientes de absorção (α), transmissibilidade (τ) e dissipação (δ) podem ser relacionados com a reflexividade (ϱ) através das seguintes equações:

  1. ϱ + α = 1 {\displaystyle \varrho +\alpha =1}
  2. α = τ + δ {\displaystyle \alpha =\tau +\delta \,}
  3. ϱ + τ + δ = 1 {\displaystyle \varrho +\tau +\delta =1}

Aplicações

A reflexividade é um conceito importante nos campos de estudo da ótica, energia heliotérmica e radar.

Ver também

Referências

  1. Optics: Miles V. Klein, Thomas E. Furtak
  2. CIE (the International Commission on Illumination)
  3. The Art of Radiometry: Palmer and Grant
  4. Optics: Eugene Hecht