Оптические свойства

Оптические свойства — свойства, воспринимаемые в зрительных ощущениях. К основным оптическим свойствам относятся поглощение, преломление, отражение и рассеяние света. Они имеют значение при эстетической оценке качества товаров. Некоторые из этих свойств являются решающими при оценке качества, например, оптической системы фотоаппаратуры, биноклей.

Оптические свойства определяются строением электронных оболочек атомов, из которых состоят молекулы материалов. Спектральный диапазон электромагнитного излучения света разделяют на диапазоны: ультрафиолетовый (3-10 ...4-10 м), видимый (4-10 ...8-10 м) и инфракрасный (8- 10 ... 8-10 м). Ультрафиолетовая часть спектра используется, например, для стерилизации воздуха, инфракрасная — в нагревательных приборах. Ультрафиолетовое излучение наиболее мощное, оно оказывает значительное влияние на процессы химической деструкции материалов.

Световое излучение может проходить через материалы, отражаться, поглощаться, преломляться и рассеиваться в них. Непросвечивающий материал частично поглощает падающий на него световой поток, а частично его отражает. В просвечивающем материале значительная часть светового потока, кроме отраженного и поглощенного, проходит через него. Каждая часть светового потока характеризуется соответствующим коэффициентом (отражения, поглощения, пропускания), который является важным показателем и учитывается при оценке оптических свойств материалов и изделий.

Коэффициент пропускания т характеризует отношение потока излучения, пропущенного материалом, к потоку излучения, упавшему на него. Коэффициент пропускания при различных частотах излучения имеет разные значения и зависит от строения материалов, температуры, окраски, состояния поверхности и других факторов.

От поверхности материалов свет может отражаться. Отражательная способность зависит от свойств поверхности. Гладкая или металлическая поверхность имеет высокую отражательную способность, появляется блеск — следствие упорядоченного отражения света, тогда как рассеянное отражение воспринимается как матовость.

Преломление света на границе сред разной оптической плотности принято характеризовать коэффициентом преломления п. Он определяется отношением скорости света в вакууме к скорости света в веществе материала. Значение этого показателя зависит от частоты падающего света. При увеличении частоты коэффициент преломления уменьшается.

Материалы с высоким коэффициентом преломления дают «игру» света, связанную с разложением белого на спектральные цвета. Например, у стекла п = 1, 3, а у алмаза — п=2, 5.

Одно из важных световых явлений — цвет. Цветовое ощущение возникает в результате воздействия на глаз электромагнитного излучения из диапазона видимого спектра с длиной волн от 380 до 760 нм.

Известно, что каждой длине волны соответствует определенный цвет, плавно переходящий в другой:

Цвет Длина волн, нм

Красный............................................... 760...620

Оранжевый 620...590

Желтый................................................ 590...560

Желто-зеленый 560...530

Зеленый................................................ 530...500

Голубой................................................ 500...470

Синий................................................. 470...430

Фиолетовый 430...380

Соседние волны сравнительно мало отличаются друг от друга, цвет изменяется постепенно. Кроме длины волны любой цвет характеризуется цветовым тоном, яркостью, светлотой и насыщенностью.

Цветовой тон зависит от спектрального состава света, попадающего в глаз, по нему определяется цвет (красный, синий, желтый).

Яркость и светлота — показатели количества световой энергии, отражаемой, пропускаемой или излучаемой телом. Яркость характерна для источников излучения, светлота — для предметов, отражающих свет. Чем цвет светлее, тем он одновременно ярче.

Насыщенность цвета характеризует чистоту оттенка, отсутствие белесости. Насыщенность цвета не зависит от яркости или светлоты; она лишь выражает отношение между яркостями белого и цветного света, отраженного телом. Примером насыщенных цветов являются спектральные цвета, которые представлены узкой областью длин волн, без примеси других цветов.

В зависимости от характера и интенсивности отражения света материалы могут приобретать ахроматические или хроматические цвета. При избирательном отражении лучей разных длин волн материал приобретает хроматический цвет.

Ахроматические цвета получаются при отражении материалом лучей всех длин волн спектра в одинаковом соотношении. Известно, что при полном отражении получается белый цвет, при полном поглощении — черный, при неполном — серый. Для многих материалов и изделий важна степень отражения света, оцениваемая как белизна и определяемая по количеству отраженного света с помощью фотометров.

Все цвета по зрительному восприятию человеком делятся на теплые и холодные. Теплые цвета — наиболее яркие, бодрящие, возбуждающие, оживляющие (красные, оранжевые, желтые и др.). Холодные цвета менее заметны, более спокойны (синий, фиолетовый, голубой и др.). Предметы теплых и насыщенных цветов кажутся более тяжелыми по сравнению с предметами холодных цветов.

Спектральные цвета не исчерпывают всего богатства хроматических цветов, глаза человека способны различать несколько тысяч оттенков хроматических цветов. Различные оттенки спектральных цветов могут быть получены смешением их с белым цветом. Полученные цвета различаются соотношением белого и спектрально-чистого цвета. Чем чище и насыщеннее цвет, тем меньше примесей белого цвета он содержит.

Хроматические цвета определяются следующими показателями: длиной волны (цветовой тон), коэффициентом отражения (светлота), чистотой, насыщенностью (степень отличия хроматического цвета от серого, одинакового с ним по светлоте), значением светового потока (яркость) излучения и координатами цвета. Хроматические цвета определяют органолептически (по атласу цветов) или с использованием колориметров различных конструкций.

В современных стандартах принято характеризовать цвет в координатах цвета, определение которых основано на теории трехкомпонентности цветового зрения. Согласно этой теории любой хроматический цвет можно представить в виде определенной смеси трех цветов (красного, зеленого и синего). Под координатами цвета понимают долю каждого цвета. При смешении цветов в различных соотношениях глаза человека могут воспринимать большое разнообразие оттенков цвета. Смешение цветов может быть получено двумя способами: аддитивным и субтрактивным (от лат. additivus — прибавленный; subtrano — извлекаю, удаляю).

При аддитивном смешении цветов на одно и то же место сетчатки глаза попадает одновременно или в быстрой последовательности несколько излучений различного цвета, а глаз воспринимает их как один цвет. Субтрактивное смешение цветов происходит в тех случаях, когда излучение источника света перед попаданием на сетчатку глаз проходит последовательно через поглощающие или отражающие свет среды различного цвета. В этом случае цвет зависит от спектральной характеристики источника света и кривых спектрального пропускания и отражения поглощающих свет сред.

Аддитивное смешение цветов используется в визуальных колориметрах для количественной оценки цвета и в цветном телевидении. На субтрактивном смешении цветов основаны цветовое кино, цветная фотография, цветная печать и др.