Vad händer på en mikroskopisk nivå när ljus reflekteras?
Jag har sökt på internet efter svar på min fråga ovan. Men jag har inte hittat något lättförståeligt svar därför har jag vänt mig till pluggakuten.
Synligt ljus är runt 500 nm, avståndet mellan atomer i fasta material är typiskt mindre än 0.5 nm. Det säger en del om på vilken "mikroskopisk" nivå man behöver förstå fenomenet.
Material som har färg får sin färg för att en del av den vita färgen absorberas av materialet, typiskt av elektroner som har närliggande tillgängliga tillstånd som matchar färgens energi (våglängd). Om ljuset (som har en elektrisk fältvektor som kan flytta laddningar) växelverkar med material där alla våglängder påverkas lika så ser det bara mörkt ut (absorbtion) -- egentligen frågan om vad som händer vid absorption lika intressant som den om vad som händer vid reflektion.
Vätskor har något som kallas brytningsindex, som är en funktion av ljusets hastighet i vätskan, och vid vissa vinklar får man totalreflektion.
När du pratar om att ljus reflekteras, är det reflektion som i en spegel (som bevarar riktning på ljuset) eller reflektion från en icke-svart yta du tänker på?
Jag vet inte om du känner till varför himlen är blå? Du kan hitta massor av material som förklarar det -- korta (blå) våglängder sprids mer mot luftens molekyler än längre våglängder, så himlen fylls av ett indirekt spridningsljus som är blått. Samma sak fast mycket intensivare händer i fasta material, och effekten blir att allt ljus sprids och blir indirekt. Ljuset kan inte tränga in djupt i materialet (om det inte är genomskinligt) för det sprids och förlorar sin riktning för mycket.
Jag vet inte om det ger några ledtrådar på vilka djupare frågor du kan gräva i, men hela spektrumet (:fniss:) av frågor från spridningsprocesser, över fluorescens, fosforescens, brytning, spridning, partiell och total reflektion och absorption etc för att inte tala om fotoelektrisk effekt och annat är fullt av spännande frågor. En fråga man kan ställa sig är om metaller är reflekterande på samma sätt som de är ledande, eller av samma anledning.
Kul fundering för övrigt. Och när du förstått alla andra bitar så kan du kolla på Chernenkov-strålning (finns en hel del på youtube där). Det har inte (så) mycket med reflektion att göra, men är ett intressant ljusfenomen.
:)
Tack för snabbt och utförligt svar.
När du pratar om att ljus reflekteras, är det reflektion som i en spegel (som bevarar riktning på ljuset) eller reflektion från en icke-svart yta du tänker på?
Vad är det som händer när ljus träffar en spegel? Hur kommer det sig att infallsvinkeln är lika stor som reflektions vinkeln? Samt vad händer med de våglängder som inte absorberas av en icke-svart yta?
När ljus träffar en spegel så har spegeln en baksida som typiskt är belagd med silver. Silver har väldigt rörliga elektroner, vilket gör att det får en mycket hög permittivitet. Permittivitet för ett material beskriver hur mycket laddning förflyttar sig i materialet som resultat av att man utsätter det för ett elektriskt fält.
(Ju mer laddningen förflyttar sig, desto mindre av det elektriska fältet i vågrörelsen tar sig förbi ytan med hög permittivitet -- den "lämnar av" sin energi i hög grad till den reflektiva ytan.
Om man sen tänker sig att en vågfront kommer in i en vinkel mot en yta och E-fältet i vågen förflyttar en massa laddning, så kommer den laddningen sen att gå tillbaka (delvis för att jämna ut den försjkutna laddningen, men också för att E-fältet ändras över tid) och sända ut ett E-fält. Det ser ut lite såhär:
Då ser man att för två punkter på något avstånd så sänds vågen ut med samma tidsskillnad som den träffade materialet, vilket leder till att man får samma vinkel (egentligen är det tidsskillnaden som är samma, men hastigheten är också samma i det här fallet, så vinkeln blir också lika), men det sänds ut på andra sidan normalen, dvs infallsvinkel samma som reflektionsvinkel. Det hade inte gällt om det sändes ut i ett medium med annan hastighet.
Sett till den första animationen så kan man tänka sig att ett material med en vit yta kan ha två egenskaper, kanske blandade -- för det första kan ytan vara skrovlig, vilket inte leder till en perfekt spegelbild, men det kan också vara så att det inte har oändlig permittivitet så att endast en del av ljuset reflekteras direkt och en del av ljuset går igenom och kommer tillbaka ut först efter ett antal reflektioner. En bild av titandioxid (ett vitt färgpigment) kan kanske illustrera hur det ser ut -- tänk på det där med våglängder nu...
Om man tänker att ljuset vimsar runt ett par gånger där i ett landskap som har struktur som är av en storleksordning som är samma som våglängden så är det inte svårt att förstå att ljuset tappar fasen och kommer ut lite i alla möjliga riktningar. Det skulle jag tänka är skillnaden mellan en spegelbild (silver på baksidan av glas) och en vit yta (titandioxid).
