Neprůhlednost (optika) - Opacity (optics)

Srovnání 1. neprůhlednosti, 2. průsvitnosti a 3. průhlednosti; za každým panelem je hvězda.

Neprůhlednost je míra neproniknutelnosti pro elektromagnetické nebo jiné druhy záření , zejména viditelné světlo . V radiačním přenosu popisuje absorpci a rozptyl záření v médiu , jako je plazma , dielektrikum , stínící materiál , sklo atd. Neprůhledný předmět není ani průhledný (umožňující průchod veškerého světla), ani průsvitný (umožňuje určité světlo projít). Když světlo narazí na rozhraní mezi dvěma látkami, obecně se některé mohou odrážet, některé absorbovat, některé rozptýlit a zbytek přenášet (viz také lom světla ). Odraz může být difúzní , například světlo odrážející se od bílé stěny, nebo zrcadlové , například světlo odrážející se od zrcadla. Neprůhledná látka nepropouští žádné světlo, a proto vše odráží, rozptyluje nebo absorbuje. Obě zrcadla a saze jsou neprůhledné. Neprůhlednost závisí na frekvenci uvažovaného světla. Například některé druhy skla , přestože jsou ve vizuálním rozsahu průhledné , jsou do ultrafialového světla z velké části neprůhledné . Extrémnější frekvenční závislost je viditelná v absorpčních liniích studených plynů . Neprůhlednost lze kvantifikovat mnoha způsoby; například viz článek matematické popisy neprůhlednosti .

Různé procesy mohou vést k neprůhlednosti, včetně absorpce , reflexe a rozptylu .

Etymologie

Pozdně středoanglický opake, z latinského opacus „potemněl“. Současný pravopis (vzácný před 19. stoletím) byl ovlivněn francouzskou formou.

Radiopacita

Radiopacita se přednostně používá k popisu neprůhlednosti rentgenových paprsků . V moderní medicíně jsou radiodenzní látky látky, které nepropustí rentgenové záření ani podobné záření. Radiografické zobrazování přineslo revoluci v kontrastních médiích radiodense , které lze procházet krevním řečištěm, gastrointestinálním traktem nebo do mozkomíšního moku a využít je ke zvýraznění CT vyšetření nebo rentgenových snímků. Radiopacita je jedním z klíčových aspektů při navrhování různých zařízení, jako jsou vodicí dráty nebo stenty, které se používají během radiologické intervence. Radiopacita daného endovaskulárního zařízení je důležitá, protože umožňuje sledování zařízení během intervenčního postupu.

Kvantitativní definice

Slova „neprůhlednost“ a „neprůhledné“ se často používají jako hovorové termíny pro objekty nebo média s vlastnostmi popsanými výše. Existuje zde však také specifická, kvantitativní definice „opacity“, používaná v astronomii, fyzice plazmatu a dalších oborech.

Při tomto použití je „opacita“ dalším termínem pro koeficient hmotnostního útlumu (nebo v závislosti na kontextu koeficient hmotnostní absorpce , rozdíl je zde popsán ) při konkrétní frekvenci elektromagnetického záření. ${\ displaystyle \ kappa _ {\ nu}}$${\ displaystyle \ nu}$

Přesněji řečeno, pokud paprsek světla s frekvencí prochází médiem s neprůhledností a hustotou hmoty , obě konstantní, pak se intenzita sníží se vzdáleností x podle vzorce ${\ displaystyle \ nu}$${\ displaystyle \ kappa _ {\ nu}}$${\ Displaystyle \ rho}$

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

kde

• x je vzdálenost, kterou světlo urazilo médium
• ${\ displaystyle I (x)}$je intenzita světla zbývajícího ve vzdálenosti x
• ${\ displaystyle I_ {0}}$ je počáteční intenzita světla, at ${\ displaystyle x = 0}$

Pro dané médium na dané frekvenci má opacita číselnou hodnotu, která se může pohybovat mezi 0 a nekonečnem, s jednotkami délky ² /hmotnost.

Neprůhlednost v pracích na znečištění ovzduší se týká procenta blokovaného světla místo koeficientu útlumu (aka koeficientu extinkce) a pohybuje se od 0% blokovaného světla do 100% blokovaného světla:

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

Planckova a Rosselandova neprůhlednost

Je obvyklé definovat průměrnou opacitu vypočítanou pomocí určitého váhového schématu. Planckova opacity (také známý jako Planckova-Mean-koeficientu absorpce) používá normalizované černého tělesa rozdělení hustoty energie Planckovy , jako vážící funkce a průměry přímo: ${\ displaystyle B _ {\ nu} (T)}$${\ displaystyle \ kappa _ {\ nu}}$

${\ Displaystyle \ kappa _ {Pl} = {\ int _ {0}^{\ infty} \ kappa _ {\ nu} B _ {\ nu} (T) d \ nu \ over \ int _ {0}^{ \ infty} B _ {\ nu} (T) d \ nu} = {\ Big (} {\ pi \ over \ sigma T^{4}} {\ Big)} \ int _ {0}^{\ infty} \ kappa _ {\ nu} B _ {\ nu} (T) d \ nu}$,

kde je Stefan – Boltzmannova konstanta . ${\ Displaystyle \ sigma}$

Rosseland opacita (po Svein Rosseland ), na druhé straně, používá teplotní derivát distribuce Planckova , jako vážící funkce a průměry , ${\ Displaystyle u (\ nu, T) = \ částečné B _ {\ nu} (T)/\ částečné T}$${\ Displaystyle \ kappa _ {\ nu}^{-1}}$

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

Střední fotonová volná cesta je . Rosselandova neprůhlednost je odvozena v difúzní aproximaci k radiační transportní rovnici. Platí vždy, když je radiační pole izotropní na vzdálenosti srovnatelné nebo menší než průměrná volná dráha záření, například v místní tepelné rovnováze. V praxi je průměrná neprůhlednost pro Thomsonův elektronový rozptyl : ${\ Displaystyle \ lambda _ {\ nu} = (\ kappa _ {\ nu} \ rho)^{-1}}$

${\ Displaystyle \ kappa _ {\ rm {es}} = 0,20 (1+X) {\ rm {\, cm}}^{2} {\ rm {\, g}}^{-1}}$

kde je hmotnostní zlomek vodíku. U nerelativistických tepelných bremsstrahlung nebo volných přechodů za předpokladu solární metallicity platí: ${\ displaystyle X}$

${\ Displaystyle \ kappa _ {\ rm {ff}} (\ rho, T) = 0,64 \ times 10^{23} (\ rho [{\ rm {g}} ~ {\ rm {\, cm}}^ {-3}]) (T [{\ rm {K}}])^{-7/2} {\ rm {\, cm}}^{2} {\ rm {\, g}}^{- 1}}$.

Průměrný koeficient útlumu Rosseland je:

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

Viz také

• Absorpce (elektromagnetické záření)
• Matematické popisy neprůhlednosti
• Molární nasákavost
• Reflexe (fyzika)
• Teorie rozptylu
• Transparentnost a průsvitnost
• Kappa mechanismus

Reference