Điều gì giải thích tính đặc hiệu cao của kim loại?

Theo hiểu biết của tôi, màu sắc đặc trưng thường đề cập đến lượng ánh sáng được phản chiếu khi bề mặt được chiếu sáng ở tần suất bình thường và được ghi chú hoặc . Ngoài ra, đối với vật liệu phi kim loại, giá trị này được tính từ chỉ số khúc xạ của vật liệu với công thức suy ra từ các phương trình Fresnel (trong đó 1 là chỉ số khúc xạ của không khí hoặc khoảng trống): $F_0$$R_0$$n$

$$F_0 = \frac{(n - 1)^2}{(n + 1)^2}$$

Theo danh sách các chỉ số khúc xạ trên Wikipedia :

• Vật liệu rắn thường có trong khoảng từ 1,46 ( thạch anh nung chảy ) và 2,69 ( Moissanite ). Điều đó có nghĩa là một tỷ lệ 0 trong khoảng từ 0,03 đến 0,21.$n$$F_0$
• Chất lỏng thường có $n$ trong khoảng từ 1,33 (nước) đến 1,63 ( carbon disulfide ). Điều đó có nghĩa là một $F_0$ 0 trong khoảng 0,02 đến 0,057, nếu tôi không nhầm.
• Khí thường có $n \approx 1$ , vì vậy tôi đoán rằng chúng ta có thể giả sử một cách an toàn với $F_0$ lệ 0 là 0.

Tất cả những giá trị này rất thấp; ngay cả các tinh thể có chỉ số khúc xạ cao như kim cương ( $F_0=0.17$ ) và moissanite ( $F_0=0.21$ ) hầu như không vượt quá 20%. Tuy nhiên, hầu hết các kim loại có giá trị $F_0$ trên 50%. Hơn nữa, tôi đã đọc nhiều lần rằng công thức được đề cập ở trên không áp dụng cho kim loại (có thể dễ dàng xác nhận bằng cách thử sử dụng và thấy kết quả hoàn toàn sai), nhưng tôi không tìm thấy lời giải thích nào thêm.

Hiện tượng nào giải thích cho sự khác biệt này? Làm cách nào tôi có thể tính $F_0$ cho một kim loại (cụ thể là nếu phương tiện tiếp xúc với nó có IoR khác 1, như nước)?

Cảnh báo : Tôi không phải là nhà vật lý.

Như Dan Hulme đã giải thích, ánh sáng không thể truyền qua kim loại, vì vậy việc xử lý IOR phức tạp hơn nhiều ... phức tạp . Tôi sẽ trả lời tại sao điều đó xảy ra và làm thế nào để tính hệ số phản xạ.

Giải thích : Kim loại chứa đầy các electron tự do. Những electron đó phản ứng với các trường bên ngoài và định vị lại cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng tĩnh điện (điện trường bằng 0 bên trong một dây dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện). Khi sóng điện từ chạm vào bề mặt kim loại, các electron tự do di chuyển cho đến khi trường mà chúng tạo ra hủy bỏ trường của sóng tới. Những electron đó được nhóm lại với nhau phát ra một sóng phát ra gần giống như sóng chạm vào bề mặt (tức là có độ suy giảm rất thấp). Bao nhiêu là suy giảm phụ thuộc vào tính chất vật liệu.

Từ giải thích này, rõ ràng độ dẫn là một phần quan trọng của hệ số phản xạ cao trên kim loại.

Toán học, những gì bạn đang thiếu là chỉ số khúc xạ phức tạp . Trên các dây dẫn tốt, chẳng hạn như kim loại, thuật ngữ phức tạp của IOR có liên quan và là chìa khóa để giải thích hiện tượng này.

Thực tế , trong kết xuất, đạt được các thông số kim loại tốt là dựa trên trực quan hơn. Các nghệ sĩ điều chỉnh theo sở thích của họ cho đến khi nó có vẻ đáng tin. Thông thường bạn sẽ thấy một metalness tham số với xử lý cụ thể đối với nguyên liệu được đánh dấu là kim loại.

Câu trả lời liên quan :

Chỉ số khúc xạ phức tạp có thể được nhìn thấy nếu chúng ta sử dụng Định luật Ohm , giữ cho dây dẫn, trên phương trình Ampère-Maxwell sử dụng sóng hình sin → E = e i ω t :$J = \sigma \vec{E}$$\vec{E} = e^{i\omega t}$

=iω(ε-i

$$\vec{\nabla} \times \vec{H} = \sigma\vec{E} + \frac{\partial \vec{D}}{\partial t} = \sigma \vec{E} + i\omega \epsilon \vec{E}$$ $$= i\omega \left( \epsilon - i \frac{\sigma}{\omega} \right)\vec{E} = i \omega \epsilon_m\vec{E}$$

Lưu ý cách chúng ta có thể giải thích rằng toàn bộ hạn như một permittitivity phức tạp và σ là độ dẫn của vật liệu.$\epsilon_m$$\sigma$

Điều này ảnh hưởng đến IOR, vì định nghĩa của nó được đưa ra bởi:

$$n' = \sqrt{\frac{\epsilon_m}{\epsilon_0}} = \sqrt{\frac{\left(\epsilon - i \sigma / \omega\right)}{\epsilon_0}} = n_{\text{real}} + in_{\text{img}}$$

$n'$$\sigma \gg \epsilon_0 \omega$$\sigma \gg \epsilon_0\omega$$\omega$

$$n_{\text{real}} \approx n_{\text{img}}$$

$n$$n' \gg n$

$$R = \frac{(n_{\text{real}} - n)^2 + n_{\text{img}}^2}{(n_{\text{real}} + n)^2 + n_{\text{img}}^2} \approx 1$$

Đồng ý rằng một dây dẫn tốt, nói chung, là một phản xạ tốt.

Giới thiệu nổi tiếng về Điện động lực học từ Griffiths, trang 392-398, giải thích điều này và nhiều hơn nữa theo cách tương tự.

Nhìn vào chỉ số khúc xạ của một số kim loại. Chúng đều là các số phức và toán học thực hiện khi bạn đưa số này vào phương trình fresnel: bạn có được độ phản xạ cao dự kiến ​​ở mọi góc độ.

Ngoài ra còn có sự thay đổi màu sắc tinh tế bởi vì chỉ số phụ thuộc vào bước sóng. Điều này thực sự được sử dụng trong kết xuất nhưng nó không phổ biến. Hàm đôi khi được đặt tên là "fresnel dây dẫn" nhưng nó thực sự là cùng một phương trình fresnel với số phức.

Chỉ số khúc xạ có liên quan đến tốc độ ánh sáng truyền qua môi trường và chỉ áp dụng cho các vật liệu ít nhất là trong suốt một phần. Kim loại có tính dẫn điện, vì vậy chúng mờ đục, vì vậy ánh sáng không thể truyền qua chúng ở bất kỳ tốc độ nào, vì vậy chúng không có chiết suất.

Đây là lý do tại sao định luật Fresnel không áp dụng: đó là để dự đoán phần nào của ánh sáng tới được phản xạ so với truyền đi. Không có ánh sáng được truyền qua vật liệu: mọi thứ không được hấp thụ đều bị phản xạ, hoặc là sự phản xạ vật chất (nếu bề mặt nhẵn) hoặc dưới dạng tán xạ khuếch tán (nếu bề mặt gồ ghề).