Непрозрачность (оптика)

Непрозрачность является мерой непроницаемости для электромагнитного или других видов излучения , особенно видимого света . При переносе излучения он описывает поглощение и рассеяние излучения в среде , такой как плазма , диэлектрик , экранирующий материал , стекло и т. д. Непрозрачный объект не является ни прозрачным (пропускающим весь свет), ни полупрозрачным (пропускающим часть света). пройти). Когда свет попадает на границу раздела двух веществ, некоторые из них могут отражаться, некоторые поглощаться, некоторые рассеиваться, а остальные передаваться (см. также преломление ). Отражение может быть рассеянным , например, свет отражается от белой стены, или зеркальным , например, свет отражается от зеркала. Непрозрачное вещество не пропускает свет и, следовательно, отражает, рассеивает или поглощает его весь. Другие категории визуального внешнего вида, связанные с восприятием регулярного или рассеянного отражения и пропускания света, были организованы в рамках концепции cesia в системе порядка с тремя переменными, включая непрозрачность, прозрачность и полупрозрачность среди задействованных аспектов. Оба зеркала и технический углерод непрозрачны. Непрозрачность зависит от частоты рассматриваемого света. Например, некоторые виды стекла , прозрачные в визуальном диапазоне , в значительной степени непрозрачны для ультрафиолетового света. Более резкая частотная зависимость видна в линиях поглощения холодных газов . Непрозрачность можно определить количественно разными способами; например, см. статью Математическое описание непрозрачности .

Различные процессы могут привести к непрозрачности, включая поглощение , отражение и рассеяние .

Этимология [ править ]

Позднесреднеанглийский opake, от латинского opacus «темневший». На нынешнее написание (редкое до XIX века) повлияла французская форма.

Рентгеноконтрастность [ править ]

Рентгеноконтрастность предпочтительно используется для описания непрозрачности рентгеновских лучей . В современной медицине радиоплотными веществами называют вещества, которые не пропускают рентгеновские лучи или подобное излучение. Рентгенографическая визуализация произвела революцию благодаря радиоплотным контрастным веществам , которые можно проходить через кровоток, желудочно-кишечный тракт или в спинномозговую жидкость и использовать для выделения КТ или рентгеновских изображений. Рентгеноконтрастность является одним из ключевых факторов при разработке различных устройств, таких как проводники или стенты , которые используются во время радиологического вмешательства. Рентгеноконтрастность данного эндоваскулярного устройства важна, поскольку она позволяет отслеживать устройство во время интервенционной процедуры.

Количественное определение [ править ]

Слова «непрозрачность» и «непрозрачный» часто используются как разговорные термины для объектов или носителей со свойствами, описанными выше. Однако здесь приведено также конкретное количественное определение «непрозрачности», используемое в астрономии, физике плазмы и других областях.

В данном случае «непрозрачность» — это еще один термин для обозначения массового коэффициента ослабления (или, в зависимости от контекста, массового коэффициента поглощения , разница описана здесь ). $\kappa _{\nu }$ на определенной частоте $\nu$ электромагнитного излучения.

Точнее, если луч света с частотой $\nu$ путешествует через среду с непрозрачностью $\kappa _{\nu }$ и массовая плотность $\rho$ , оба постоянные, то интенсивность будет уменьшаться с расстоянием x по формуле

I(x)=I_{0}e^{-\kappa _{\nu }\rho x}

где

x — расстояние, которое свет прошел через среду.
$I(x)$ - интенсивность света, остающегося на расстоянии x
$I_{0}$ - начальная интенсивность света, при $x=0$

Для данной среды на данной частоте непрозрачность имеет числовое значение, которое может находиться в диапазоне от 0 до бесконечности, с единицами длины. ²/масса.

Непрозрачность в работах по загрязнению воздуха относится к проценту блокирования света вместо коэффициента ослабления (так называемого коэффициента затухания) и варьируется от 0% блокирования света до 100% блокирования света:

{\text{Opacity}}=100\%\left(1-{\frac {I(x)}{I_{0}}}\right)

Планка Россланда Непрозрачности и

Обычно определяют среднюю непрозрачность, рассчитываемую с использованием определенной схемы взвешивания. Планковская непрозрачность (также известная как планковский средний коэффициент абсорбции) ^[1]) использует нормализованное распределение плотности энергии излучения черного тела Планка , $B_{\nu }(T)$ , как весовая функция, и средние значения $\kappa _{\nu }$ напрямую:

\kappa _{Pl}={\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }B_{\nu }(T)d\nu  \over \int _{0}^{\infty }B_{\nu }(T)d\nu }=\left({\pi  \over \sigma T^{4}}\right)\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }B_{\nu }(T)d\nu ,

где

\sigma

– постоянная Стефана–Больцмана .

Непрозрачность Россланда (по Свейну Росселанду ), с другой стороны, использует температурную производную распределения Планка , $u(\nu ,T)=\partial B_{\nu }(T)/\partial T$ , как весовая функция, и средние значения $\kappa _{\nu }^{-1}$ ,

{\frac {1}{\kappa }}={\frac {\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }^{-1}u(\nu ,T)d\nu }{\int _{0}^{\infty }u(\nu ,T)d\nu }}.

Средняя длина свободного пробега фотона равна

\lambda _{\nu }=(\kappa _{\nu }\rho )^{-1}

. Непрозрачность Россланда получена в диффузионном приближении уравнения переноса излучения. Это справедливо, когда поле излучения изотропно на расстояниях, сравнимых или меньших средней длины свободного пробега излучения, например, в условиях локального теплового равновесия. На практике средняя непрозрачность томсоновского рассеяния электронов равна:

\kappa _{\rm {es}}=0.20(1+X)\,\mathrm {cm^{2}\,g^{-1}}

где

X

– массовая доля водорода. Для нерелятивистского теплового тормозного излучения или свободно-свободных переходов, предполагая солнечную металличность , это: ^[2]

\kappa _{\rm {ff}}(\rho ,T)=0.64\times 10^{23}(\rho [{\rm {g}}~{\rm {\,cm}}^{-3}])(T[{\rm {K}}])^{-7/2}{\rm {\,cm}}^{2}{\rm {\,g}}^{-1}.

Россланда Средний коэффициент затухания составляет: ^[3]

{\frac {1}{\kappa }}={\frac {\int _{0}^{\infty }(\kappa _{\nu ,{\rm {es}}}+\kappa _{\nu ,{\rm {ff}}})^{-1}u(\nu ,T)d\nu }{\int _{0}^{\infty }u(\nu ,T)d\nu }}.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Скромная радиационная теплопередача, ISBN 978-0-12386944-9
^ Стюарт Л. Шапиро и Саул А. Теукольски , «Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды» 1983, ISBN 0-471-87317-9 .
^ Джордж Б. Рыбицки и Алан П. Лайтман , « Радиационные процессы в астрофизике » 1979 г. ISBN 0-471-04815-1 .

[1] Скромная радиационная теплопередача, ISBN 978-0-12386944-9

[2] Стюарт Л. Шапиро и Саул А. Теукольски , «Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды» 1983, ISBN 0-471-87317-9 .

[3] Джордж Б. Рыбицки и Алан П. Лайтман , « Радиационные процессы в астрофизике » 1979 г. ISBN 0-471-04815-1 .

[1]

[2]

[3]