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Date 2016/08/24 13:03:39
Name JL
Subject [질문] 빛의 반사, 투과, 흡수에 대한 궁금증
안녕하세요. 오늘도 여전히 궁금한게 많은 JL입니다.

오늘도 업무와 관련되서 이런저런 이야기를 하다가 궁금한 것이 생겨서 이렇게 질문을 남겨봅니다.
빛의 반사와 투과, 흡수에 대한 궁금증인데요.

일반적으로 생각하는 반사, 투과, 흡수의 경우 매질 경계면에서 전자기파의 행동(?, 마땅한 단어가 떠오르지 않네요)을 기술한 것으로 알고 있습니다. 맥스웰의 전자기학을 기반으로 정리하면 프레넬 방정식이 나오면서 반사율 투과율 등을 알 수 있죠.

그런데 저희가 알고 있는 상식 중에 흰색은 반사가 좋고, 검은색은 흡수를 잘한다는 것이 있습니다. 색을 결정하는 분자 구조에 의한 것(분자의 에너지 레벨이나, 결정 구조 등등)이라고 생각하면 될 것 같긴 합니다만, 단순히 그것만은 아닐 것 같은 생각이 드네요. 예를 들어 흔히 쓰는 플라스틱인 ABS 재질에 흰색과 회색이 있을 때, 표면 거칠기를 동일하게 한다면 분명 흰색이 반사를 잘할 것이라 생각됩니다. 색을 결정하는 분자만큼이 다르다는 것으로 반사율의 차이가 유의미하게 나는 것인지 궁금하네요.

혹시 흑체복사 등과 관련이 있는 것인지도 궁금합니다.

학부시절 배운 내용들을 조합하면 설명이 가능할 것 같은데, 쉽사리 떠오르지 않습니다.
많은 답변 부탁드립니다.


감사합니다!

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NightBAya
16/08/24 13:13
수정 아이콘
전공자가 아니라 잘은 모르겠습니다만... 물체에서 흡수하고 남은 빛을 우리 눈이 받아들이는 것이니까 '흰색이므로 반사가 좋다'가 아니라 '(가시광선 영역의) 빛을 반사시키는 물체이므로 흰색을 띤다'라고 해야 맞지 않나 싶은 생각은 듭니다.
16/08/24 17:50
수정 아이콘
답변 감사합니다.
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16/08/24 13:21
수정 아이콘
음.. 제가 작성자님보다 많이 알고 있는 것 같지는 않지만,
결국 반사의 정도를 판단하는 것이 에너지를 기준으로 하면 딱 표면에 흡수되는 에너지, 즉 작성자님 말씀처럼 표면의 소재가 얼만큼 light source를 받아서 열 에너지로 바꾸는지만 중요할 것입니다. 그 외 빛은 반사할거구요.
하지만 작성자님께서 직관적으로 생각하시는 것처럼 흰색과 회색을 기준으로 생각을 하면, 가시광선 영역의 빛을 더 많이 흡수하는 회색이 어두워보이는 것이 당연하지요...그래서 흰색이 더 반사를 잘한다고 생각하시는 것 같구요.
결국 에너지의 관점에서 보느냐, 인간의 시각의 레벨에서 보느냐의 차이가 작성자님을 헷갈리게 한 것은 아닐까 싶습니다...
16/08/24 17:50
수정 아이콘
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겨울삼각형
16/08/24 16:06
수정 아이콘
색에따라 반사율이 차이가 나는것이 아니라, 반대로, 반사율이 차이가 나기때문에 색이 달라보이는것입니다.

보라색이 약 400 nm
빨강색이 약 800 nm 파장을 가지고 있고,

이것은 빛의 파장중 나머지는 흡수하고 위 특정파장만 반사한다는 것입니다.

가시광선 전부를 반사하는것은 흰색으로 보이고,
가시광선 전부를 흡수하는것은 검은색으로 보이는것이죠.
16/08/24 17:50
수정 아이콘
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16/08/24 17:50
수정 아이콘
제가 질문과 예를 명확히 하지 못했습니다.ㅠㅠ

NightBAya님과 Bomb범님, 겨울삼각형님께서 말쓴하신대로 가시광 영역을 반사하므로 흰색을 띄는 것이 맞습니다.

제가 정확히 궁금했던 것은...

"표면이 매끄럽게 가공된 고광택의 흰색 플라스틱과 마찬가지로 표면이 매끄럽게 가공된 고광택의 거울의 경우, 어떤 것이 가시광 영역에서 더 높은 반사율을 내며, 그것은 어떤 요인으로 인해 결정되는 것일까?"

입니다.

이렇게 질문을 했다면 어떤 답변들이 달렸을까요?
신중함
16/08/25 09:58
수정 아이콘
크게 2가지 요인으로 생각됩니다. 플라스틱과 메탈의 표면의 roughness와 굴절율 차이 때문이죠.

1.흰색의 플라스틱이 거울과 다르게 보이는 이유는 난반사 때문입니다. 말씀하신 대로 플라스틱의 표면의 roughness가 가시광선 영역(대략 파장이 400-700nm정도?)에선 매끄럽지 못하기 때문이죠. 만약 플라스틱의 표면의 거칠기를 가시광선 영역 이하(수백 nm이하)로 가공할 수 있다면 난반사가 줄어들어 점점 거울과 비슷하게 되겠죠.
2.그럼에도 불구하고 질문처럼 플라스틱은 거울과 같이 거의 완벽하게 반사되지는 않을것으로 예상이 되는데 이는 플라스틱과 메탈의 굴절율 차이로 볼 수 있습니다. 플라스틱은 메탈에 비해 표면의 굴절율이 작을거라고 추측할 수 있습니다. 보통은 메탈 표면의 자유전자 때문에 플라스틱 같은 유전체에 비해 가시광선 영역에서 굴절율이 매우 커집니다. 이는 계면간의 굴절율 차이로 인한 반사율이 훨씬 커짐을 의미하죠. (거울은 보통 유리표면에 알루미늄 같은 걸 얇게 도포하는 것으로 알고 있는데) 알루미늄의 경우 자유전자의 갯수가 충분히 많아 플라즈마 frequency가 가시광선보다 높은 관계로, 플라스틱에 비해 가시광선 거의 모든 영역에서 훨씬 큰 굴절율을 가지며 90%를 크게 상회하는 반사를 하게 되죠.

즉, 어떤 플라스틱인지는 잘 모르겠지만 표면을 가시광선 파장 이하로 매끄럽게 잘 가공할 수 있고, 또한 어떻게든 플라스틱의 굴절율을 메탈처럼 가시광선 거의 모든 영역에서 크게 만들수 있다면 거울처럼 보일 것으로 생각됩니다.
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