5-5.반사에 대해서

빛(적외선 포함한다)의 반사라고 하는 현상은 대별해서 다음 2개의 형이 있습니다.

①금속면에 의한 반사:자유전자의 활동에 의한 반사.반사의 법칙에 따른 지향성이 강한 반사가 된다.

②미소투명체에 의한 반사:백지나 백포, 밀가루 등의 반사.통상은 확산 반사(난반사)이 된다.

①의 금속면에 의한 반사는 지극히 표면에서 행하여진다.반사의 법칙대로 반사하므로, 난반사시키기 위해서는 표면을 요철에 할 필요가 있다.그러나 이것을 하면 반사율이 저하될 경우가 많다.금속을 잘잘한 섬유장이나 분말로 하면, 난반사해서 그 금속면간에서 몇회도 반사를 되풀이하는 것이 많아지고, 그런고 흡수량이 많아진다.

예를 들면 반사율 0.9의 알루미늄면에서도 5회 반사하면 (0.9) 5=0.59이 된다.금속을 잔돈으로 바꿀 만큼 표면의 곡률이 작아져, 반사해서 외부로 나아갈때 까지 그 분말이나 섬유내에서 반사를 몇 번이나 되풀이하므로, 반사율이 작아져, 거무스름해져 간다.

금속면에서의 반사에는 자유전자의 활동이 크게 관여하기 위해서, 일반적으로 전기전도도가 좋은 재료가 반사율도 좋은 경향이 있습니다.예를 들면 전기전도도가 좋은 재료는 은, 돈, 구리, 알루미늄 등입니다만, 이것들은 우수한 반사 재료입니다.돈, 구리는 가시빛의 단파장 영역에서 반사율이 떨어지므로 착색하고, 가시빛반사율이 약간 뒤떨어집니다만, 빨강외 영역에서는 우수한 반사율을 가집니다.

빛가열 스팟 히터 등으로 도금 미러를 사용하는 것은 빨강외 영역반사율이 가장 우수하기 때문입니다.구리도 우수합니다만, 산화 등에 의해 열화하기 쉬우므로 사용하지 않습니다.은도 공기중의 유황 도깨비 등에 의해 검게 변색되기 쉽다라고 하는 결점이 있습니다.

여담입니다만, 열의 이동에도 자유전자의 활동이 크게 관여합니다.그 때문에 전기전도율이 우수한 재료는 열전도율도 우수합니다.(은, 구리, 돈, 알루미늄 등)

5-5.반사에 대해서 - 할로겐 히터의 기초지식

윗그림으로부터 할로겐 램프의 방사에너지를 이용한다고 할 목적에서는 도금 미러이 좋은 것이 알겠습니다.알루미늄 미러은 반사 효율이 도금 미러에 비해 약10% 떨어집니다.단 가시빛용으로서는 단파장측 (파랑영역)의 반사율이 나쁘고, 착색하므로 사용할 수 없습니다.자외선용으로서도 안 됩니다.이러한 단파장 영역이나 가시빛전역용 미러로서는 알루미늄이 적합합니다.

금속면에서의 반사에 대하여 ②의 반사는 반대의 경향이 있습니다.예를 들면 얼음 사탕은 투명해서, 대부분 빛을 반사하지 않는다.공기와 얼음 사탕의 굴절율 차이에 의한 얼마 안된 경계면 반사뿐입니다.그러나 이것을 잔돈으로 바꾸어 가면 미소알맹이의 내부에서 빛이 복잡하게 굴절, 반사하고, 그중 원상태로 돌려지는 빛이 증가된다.

설탕(granulated sugar)정도가 되면 상당히 반사되어서 흰 빛을 띠어져, 백당이 되면 상당히 높은 반사율이 되어 새하얀 확산 반사(난반사)을 한다.물의 결정(얼음)에서도 같음.얼음의 덩어리는 투명하지만, 이것이 잘잘한 결정인 눈은 새하얘서 높은 반사율이 된다.

흰 천이나 종이도 현미경으로 보면 투명한 섬유로 구성되어 있는 것을 안다.흰 종이의 반사 원리는 상기설탕이나 얼음의 예와 같아서, 투명한 자세한 섬유를 빛이 통과할 때에 복잡하게 굴절하고, 일부는 경계면에서 반사되어, 그것이 섬유 안(속)에서 몇 번이나 되풀이되는 것으로 원점으로 돌아오는 빛이 늘어나고, 높은 반사율이 된다.

즉 금속이외로 반사율이 높은 재료라고 하는 것은 소재로서는 투명체이며, 게다가 그것이 잘잘한 분말장이나 섬유장이 되는 것으로, 그 내부에서 복잡한 굴절, 계면반사를 되풀이해서 입사 빛이 난반사된다.반사율은 소재의 투명도가 높을 만큼,또 굴절율이 높을 만큼 높아진다.따라서 이것들은 금속의 같은 지향성이 강한 반사는 나지 않는다.

백지나 백포를 구성하는 섬유소재의 빛 투과율은 가시빛∼근적외선에서는 양호하지만 (투명도가 높다) 遠빨강외 영역에 정말(과연) 일반적으로 불투명해져 가기 위해서, 반사도 일어나기 어려워진다.백지나 흰 천, 흰 안료 등의 가열에 원적외선 히터가 적합하는 것은, 이러한 원리로 반사광이나 투과 빛이 줄어들어 흡수율이 높아지기 위해서입니다.

상기이외의 원리에 의한 반사

투명체 재료에 의한 반사는 확산 반사가 된다고 설명했습니다만, 투명체라도 금속면과 같은 경면반사를 할 경우가 있습니다.예를 들면 얇은 유리 판자는 공기와의 계면에서 몇%의 경면반사를 합니다.이것만이라면 얼마 안된 반사량입니다만, 이 얇은 유리판을 몇장도 거듭하면 반사가 가산되어서 전체로서 높은 반사율을 나타내게 됩니다.

이렇게 얇은 투명막을 많이 포개는 것에 의해 금속광택을 가지고 있는 자연계의 물건으로서, 예를 들면 물고기의 비늘이 있습니다.또 곤충류에도 이 원리에 의해 금속광택을 가진 것이 존재합니다.

공업적으로도 박막을 다수 포개는 것에 의해 반사경으로서 이용하는 기술은 각종의 분야에 이용당하고 있습니다.이것들은 고굴절율의 박막과 저굴절율의 박막을 교대에 칠해 포갭니다.15층정도로 금속반사경이 필적하는 반사율이 되고, 21층에서는 금속반사경보다 훨씬 높은 반사율을 얻을 수 있습니다.굴절율의 차이가 클 만큼 높은 반사율을 얻을 수 있으므로, 고굴절율의 재료로서는 2산화 티탄, 저굴절율의 재료로서는 산화 마그네슘, 이산화 규소(량 내열)등이 잘 사용됩니다.

이러한 다층막반사경은 높은 반사율을 얻을 수 있을뿐만 아니라, 막후를 컨트롤하는 것에 의해 파장에 의해 선택적으로 반사시키거나 투과시키거나 할 수 있습니다.이것은 빛의 간섭이라고 하는 현상을 이용하는 것으로, 다양한 이용 분야가 있습니다. ? (막후가 1/2파장이 되는 파장부근은 반사하지 않게 되어 투과한다)

예를 들면 가시광선은 반사해서 적외선은 투과시키는 것 같은 선택 반사 막도 만들 수 있습니다.이것에 의해 램프로부터 나오는 적외선을 포함한 빛 안(속)에서 필요한 가시빛만을 꺼내고, 조명에는 불필요한 (조사물의 온도상승을 초대하고, 부적합)적외선을 제거할 수 있습니다 (【구루비무란푸】).또 특정한 파장대만 반사하는 막으로 백색광을 빛의 3원색에 나누는 것도 가능합니다.비디오카메라, 비디오 프로젝터 등 광학기계에는 이 기술이 잘 사용되고 있습니다.

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