Licht durchquert ein Medium

Licht durchquert ein Medium

Trifft ein Lichtstrahl auf ein Medium endlicher Dicke, wird je nach Stoffeigenschaft des Mediums ein Teil des Lichts an der Grenzfläche reflektiert, ein Teil beim Durchgang durch das Medium absorbiert woraufhin sich der Körper erwärmt, während der verbleibende Rest transmittiert und auf der Gegenseite des Mediums wieder austritt. Von Streuung spricht man, wenn ein einfallender Lichtstrahl zu einem auseinanderlaufenden Strahlenbündel wird.

Ein Körper, der die gesamte auftreffende Strahlung reflektiert, ist ein weißer Körper. Ist der Grad der Reflexion geringer, als beim weißen Körper, dafür jedoch von der Wellenlänge unabhängig, so handelt es sich um einen grauen Körper. Ein Körper, welcher die gesamte auftreffende Strahlung absorbiert, ist ein schwarzer Körper. Wenn der Körper verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark absorbiert, dann ist der Körper farbig. Wenn ein Körper aber alle Wellenlänge außer eine bestimmten Wellenlänge /z.b.: rot) absorbiert, dann nehmen unsere Augen diesen Körper in der Farbe vom reflektierten Licht (im Beispiel also als rot) wahr.  
 

Reflexion

Bei der Reflexion teilt sich ein einfallender Lichtstrahl in einen reflektierten Strahl und in einen transmittierten Strahl auf. Einfallswinkel und Reflexionswinkel sind gleich groß. Das spektrale Reflexionsvermögen \(\rho \left( \lambda \right)\) ist frequenzabhängig gemäß dem Verhältnis von reflektierter Lichtstärke I_r zu einfallender Lichtstärke I₀.

\({\alpha _{{\text{Einfallwinkel}}}} = {\alpha _{{\text{Reflexionswinkel}}}}\)

\( \rho \left( \lambda \right) = \dfrac{{{I_r}}}{{{I_0}}}\)

Absorption

Absorption ist der Quotient aus absorbierter und einfallender Lichtstärke. Das spektrale Absorptionsvermögen \(\alpha \left( \lambda \right)\) ist frequenzabhängig und ergibt sich als das Verhältnis von absorbierter I_a zu einfallender I₀ Lichtstärke..

\(\alpha \left( \lambda \right) = \dfrac{{{I_a}}}{{{I_0}}}\)

Transmission

Von Transmission spricht man, wenn ein Medium für Strahlen durchlässig ist. Transmission ist eine Größe für die Durchlässigkeit eines Mediums für Lichtstrahlen, oder allgemein für Wellen. Die Lichtstärke I kann beim Durchqueren eines Mediums entlang der Wegstrecke x, von dessen ursprüngliche Stärke I₀ abgeschwächt werden gemäß:

\(I = {I_0} \cdot {e^{ - kx}}\)

mit: \(I \leqslant {I_0}\)

Das spektrale Transmissionsvermögen \(\tau \left( \lambda \right)\) ist frequenzabhängig gemäß dem Verhältnis von transmittierter I_t zu einfallender I₀ Lichtstärke. Ob und wenn wie stark ein Körper transmittiert, hängt vom Material des Körpers, der Wellenlänge des Lichtstrahls und der zurückgelegten Wegstrecke ab.

\(\tau \left( \lambda \right) = \dfrac{{{I_t}}}{{{I_0}}}\)

Energieerhaltungssatz der Strahlungsanteile

Werden die Anteile der Reflexion, Absorption und Transmission addiert, muss nach dem Energieerhaltungssatz die gesamte Strahlungsintensität erhalten bleiben.

\({I_0} = \rho \cdot {I_0} + \alpha \cdot {I_0} + \tau \cdot {I_0} = {I_0}\left( {\rho + \alpha + \tau } \right)\)

Erhaltungssatz der Strahlungsanteil-Verhältnisse

Aus dem Energieerhaltungssatz der Strahlungsanteile folgt der Erhaltungssatz der Strahlungsanteil-Verhältnisse

\(\rho + \alpha + \tau = 1\)