Непрозрачность (оптика)

редактировать

Непрозрачность - это мера непроницаемости до электромагнитное или другие виды излучения, особенно видимого света. В перенос излучения он описывает поглощение и рассеяние излучения в среде, например в плазме, диэлектрике, защитный материал, стекло и т.д. Непрозрачный объект не является ни прозрачным (пропускающим весь свет), ни полупрозрачным (пропускающим свет через). Когда свет попадает на поверхность раздела между двумя веществами, как правило, некоторые из них могут отражаться, некоторые поглощаться, некоторые рассеиваться, а остальные пропускаться (см. Также преломление ). Отражение может быть рассеянным, например, светом, отражающимся от белой стены, или зеркальным, например, светом, отражающимся от зеркала. Непрозрачное вещество не пропускает свет и поэтому отражает, рассеивает или поглощает его. И зеркала, и технический углерод непрозрачны. Непрозрачность зависит от частоты рассматриваемого света. Например, некоторые виды стекла, хотя и прозрачны в видимом диапазоне, в значительной степени непрозрачны для ультрафиолетового света. Более крайняя частотная зависимость видна в линиях поглощения холодных газов. Непрозрачность можно количественно оценить разными способами; например, см. статью математическое описание непрозрачности.

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

Содержание

1 Рентгеноконтрастность
2 Количественное определение
- 2.1 Непрозрачность по Планку и Росселанду
3 См. Также
4 Ссылки

Рентгеноконтрастность

Рентгеноконтрастность предпочтительно используется для описания непрозрачности X -лучей. В современной медицине радиоактивные вещества - это вещества, которые не пропускают рентгеновские лучи или подобное излучение. Радиографическая визуализация произвела революцию в связи с появлением рентгеноконтрастного вещества контрастного вещества, которое может проходить через кровоток, желудочно-кишечный тракт или в спинномозговую жидкость и использоваться для выделения Компьютерная томография или рентгеновские снимки. Рентгеноконтрастность является одним из ключевых факторов при разработке различных устройств, таких как проволочные направители или стенты, которые используются во время радиологического вмешательства. Рентгеноконтрастность данного эндоваскулярного устройства важна, так как позволяет отслеживать устройство во время интервенционной процедуры.

Количественное определение

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

В данном контексте «непрозрачность» - это еще один термин для массового коэффициента ослабления (или, в зависимости от контекста, массового коэффициента поглощения, разница описывается здесь ) $κ ν {\ displaystyle \ kappa _ {\ nu}}$ $\ kappa _ {\ nu}$ на определенной частоте $ν {\ displaystyle \ nu}$ $\ nu$ электромагнитного радиация.

Более конкретно, если луч света с частотой $ν {\ displaystyle \ nu}$ $\ nu$ проходит через среду с непрозрачностью $κ ν {\ displaystyle \ kappa _ { \ nu}}$ $\ kappa _ {\ nu}$ и массовая плотность $ρ {\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$ , оба постоянные, тогда интенсивность будет уменьшаться с расстоянием x в соответствии с формулой

I (Икс) знак равно I 0 е - κ ν ρ x {\ displaystyle I (x) = I_ {0} e ^ {- \ kappa _ {\ nu} \ rho x}}

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

где

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

Для данной среды на данной частоте непрозрачность имеет числовое значение, которое может находиться в диапазоне 0 и бесконечность, с единицами измерения длины / массы.

Непрозрачность при работе с загрязнением воздуха означает процент заблокированного света, а не коэффициент ослабления (он же коэффициент ослабления), и варьируется от 0% блокированного света до 100% блокированного света:

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

Непрозрачность по Планку и Росселанду

Обычно определяют среднюю непрозрачность, рассчитанную с использованием определенной схемы взвешивания. Непрозрачность Планка (также известная как Планковский средний коэффициент поглощения) использует нормированное распределение плотности энергии излучения черного тела Планка, $B ν (T) {\ displaystyle B_ { \ nu} (T)}$ ${\ displaystyle B _ {\ nu} (T)}$ в качестве весовой функции и непосредственно усредняет $κ ν {\ displaystyle \ kappa _ {\ nu}}$ $\ kappa _ {\ nu}$ :

κ P l знак равно ∫ 0 ∞ κ ν B ν (T) d ν ∫ 0 ∞ B ν (T) d ν = (π σ T 4) ∫ 0 ∞ κ ν B ν (T) d ν {\ 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}

{\ 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}

где $σ {\ displaystyle \ sigma}$ $\ sigma$ - постоянная Стефана-Больцмана.

Непрозрачность Росселанда ( после Свейн Росселанд ), с другой стороны, использует производную по температуре от распределения Планка, $u (ν, T) = ∂ B ν (T) / ∂ T {\ displaystyle u (\ nu, T) = \ partial B _ {\ nu} (T) / \ partial T}$ $u (\ nu, T) = \ partial B _ {\ nu} (T) / \ partial T$ в качестве весовой функции и средние значения $κ ν - 1 {\ displaystyle \ kappa _ {\ nu} ^ {- 1}}$ $\ kappa _ {\ nu } ^ {{- 1}}$ ,

1 κ = ∫ 0 ∞ κ ν - 1 u (ν, T) d ν ∫ 0 ∞ u (ν, T) d ν {\ displaystyle {\ frac {1} {\ kappa}} = {\ frac {\ int _ {0} ^ {\ infty} \ kappa _ {\ nu} ^ {- 1} u (\ nu, T) d \ nu} {\ int _ {0} ^ {\ infty} u (\ nu, T) d \ nu}}}

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

Длина свободного пробега фотона $λ ν = (κ ν ρ) - 1 {\ displaystyle \ lambda _ {\ nu} = (\ kappa _ {\ nu} \ rho) ^ {- 1}}$ $\ lambda _ {\ nu} = (\ kappa _ {\ nu} \ rho) ^ {{- 1}}$ . Непрозрачность Росселанда получена в диффузионном приближении уравнения переноса излучения. Это справедливо, когда поле излучения изотропно на расстояниях, сравнимых или меньших, чем длина свободного пробега излучения, например, в локальном тепловом равновесии. На практике средняя непрозрачность для томсоновского рассеяния электронов составляет:

κ es = 0,20 (1 + X) см 2 г - 1 {\ displaystyle \ kappa _ {\ rm {es}} = 0,20 (1 + X) {\ rm {\, cm}} ^ {2} {\ rm {\, g}} ^ {- 1}}

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

где $X {\ displaystyle X}$ $X$ - массовая доля водорода. Для нерелятивистского теплового тормозного излучения или свободно-свободных переходов, предполагая солнечную металличность, это:

κ ff (ρ, T) = 0,64 × 10 23 (ρ [г · см - 3]) (T [K]) - 7/2 см 2 г - 1 {\ 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}}

\ 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}}

Среднее значение Росселанда коэффициент затухания составляет:

1 κ = ∫ 0 ∞ (κ ν, es + κ ν, ff) - 1 u (ν, T) d ν ∫ 0 ∞ u (ν, T) d ν {\ 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}}}

{\ 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