Diffúz visszaverődés

1. ábra – A szilárd felületről történő diffúz visszaverődés általános mechanizmusa (a fénytörési jelenségek nem szerepelnek)

2. ábra – Diffúz visszaverődés szabálytalan felületről

A szilárd testekről történő diffúz visszaverődés általában nem a felület érdességének köszönhető. A tükörreflexióhoz valóban sima felületre van szükség, de ez nem akadályozza meg a diffúz reflexiót. Egy darab erősen csiszolt fehér márvány fehér marad; semmilyen csiszolás nem változtatja tükörré. A polírozás némi tükörreflexiót eredményez, de a fennmaradó fény továbbra is diffúzan tükröződik.

A legáltalánosabb mechanizmus, amellyel egy felület diffúz reflexiót ad, nem pontosan a felületet érinti: a fény nagy részét a felület alatti szóródási központok adják, amint azt az 1. ábra szemlélteti.Ha úgy képzeljük el, hogy az ábra havat ábrázol, és a sokszögek annak (átlátszó) jégkristályai, akkor egy beeső sugár részben (néhány százalékban) visszaverődik az első részecskéről, belép abba, ismét visszaverődik a második részecskével való határfelületről, belép abba, beesik a harmadikba, és így tovább, egy sor “elsődleges” szórt sugarat generálva véletlen irányban, amelyek viszont ugyanezen mechanizmus révén nagyszámú “másodlagos” szórt sugarat generálnak, amelyek “harmadlagos” sugarakat generálnak, és így tovább. Mindezek a sugarak áthaladnak a hókristályokon, amelyek nem nyelik el a fényt, amíg el nem érik a felszínt, és véletlenszerű irányokban kilépnek. Az eredmény az, hogy a kiküldött fény minden irányban visszatér, így a hó annak ellenére fehér, hogy átlátszó anyagból (jégkristályokból) áll.

Az egyszerűség kedvéért itt “visszaverődésekről” beszélünk, de általánosabban a sok anyagot alkotó apró részecskék közötti határfelület a fény hullámhosszával összehasonlítható skálán szabálytalan, így minden egyes határfelületen diffúz fény keletkezik, nem pedig egyetlen visszavert sugár, de a történet ugyanúgy elmondható.

Ez a mechanizmus nagyon általános, mert szinte minden közönséges anyag “apró dolgokból” áll, amelyeket összetartanak. Az ásványi anyagok általában polikristályosak: úgy írhatjuk le őket, hogy apró, szabálytalan alakú hibás kristályok 3D-s mozaikjából állnak. A szerves anyagok általában rostokból vagy sejtekből állnak, membránjaikkal és összetett belső szerkezetükkel. És minden egyes határfelület, inhomogenitás vagy tökéletlenség eltérítheti, visszaverheti vagy szórhatja a fényt, reprodukálva a fenti mechanizmust.

Néhány anyag nem okoz diffúz visszaverődést: ezek közé tartoznak a fémek, amelyek nem engedik be a fényt; gázok, folyadékok, üveg és átlátszó műanyagok (amelyek folyadékszerű, amorf mikroszkopikus szerkezetűek); egykristályok, mint például néhány drágakő vagy sókristály; és néhány nagyon különleges anyag, mint például a szaruhártyát és a szemlencsét alkotó szövetek. Ezek az anyagok azonban diffúzan is visszaverődhetnek, ha felületük mikroszkopikusan érdes, mint például a fagyosszemüvegben (2. ábra), vagy természetesen, ha homogén szerkezetük megromlik, mint a szemlencse szürkehályogjában.

Egy felület tükrös és diffúz visszaverődést is mutathat, mint például a lakásfestésben használt fényes festékek esetében, amelyek a tükrös visszaverődés egy részét is adják, míg a matt festékek szinte kizárólag diffúz visszaverődést adnak.

A legtöbb anyag adhat némi tükrös visszaverődést, feltéve, hogy felületük a fény hullámhosszához (a mikrométer töredékéhez) hasonló egyenetlenségek kiküszöbölésére csiszolható. Az anyagtól és a felület érdességétől függően a visszaverődés lehet többnyire tükrös, többnyire diffúz, vagy a kettő között bárhol lehet. Néhány anyagból, mint például a folyadékokból és az üvegekből, hiányzik a belső felosztás, amely a fent leírt felszín alatti szóródási mechanizmust eredményezi, és így csak tükörreflexiót ad. Az általános anyagok közül csak a polírozott fémek képesek nagy hatékonysággal tükrözni a fényt, mint például a tükrökben általában használt alumínium vagy ezüst. Minden más közönséges anyag, még ha tökéletesen csiszolt is, általában nem ad néhány százaléknál több tükörreflexiót, kivéve különleges esetekben, mint például a tóról történő legelőszögű visszaverődés, vagy egy üvegprizma teljes visszaverődése, vagy ha bizonyos összetett szerkezetű, mint például számos halfaj ezüstös bőre, vagy egy dielektromos tükör visszaverő felülete. A diffúz visszaverődés a sok felszín alatti visszaverődés összegződése miatt igen hatékony lehet, mint például a fehér anyagok esetében.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.