Непрозрачность

Свойство объекта или вещества, непроницаемое для света.

Сравнение 1. непрозрачности, 2. полупрозрачности и 3. прозрачности; позади каждой панели находится звезда.

Непрозрачность — это мера непроницаемости для электромагнитного или других видов излучения , особенно видимого света . В лучистом переносе она описывает поглощение и рассеивание 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 некоторую часть света). Когда свет падает на границу раздела между двумя веществами, в общем случае часть может быть отражена, часть поглощена, часть рассеяна, а остальная часть пропущена (см. также преломление ). Отражение может быть диффузным , 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 полностью. Другие категории визуального восприятия, связанные с восприятием регулярного или диффузного отражения и пропускания света, были организованы в рамках концепции цезии в системе порядка с тремя переменными, включая непрозрачность, прозрачность и полупрозрачность среди вовлеченных аспектов. И зеркала , и сажа непрозрачны. Непрозрачность зависит от частоты рассматриваемого света. Например, некоторые виды стекла , будучи прозрачными в видимом диапазоне , в значительной степени непрозрачны для ультрафиолетового света. Более экстремальная зависимость от частоты видна в линиях поглощения холодных газов . Непрозрачность можно количественно оценить многими способами; например, см. статью математические описания непрозрачности .

К непрозрачности могут привести различные процессы, включая поглощение , отражение и рассеяние .

Этимология

Позднесреднеанглийское opake, от латинского opacus 'затемненный'. Современное написание (редкое до 19 века) возникло под влиянием французской формы.

Рентгеноконтрастность

Рентгеноконтрастность преимущественно используется для описания непрозрачности рентгеновских лучей . В современной медицине рентгеноконтрастные вещества — это те, которые не пропускают рентгеновские лучи или подобное излучение. Рентгенографическая визуализация была революционизирована рентгеноконтрастными веществами , которые могут проходить через кровоток, желудочно-кишечный тракт или в спинномозговую жидкость и использоваться для выделения изображений КТ или рентгеновских снимков. Рентгеноконтрастность является одним из ключевых соображений при проектировании различных устройств, таких как направляющие провода или стенты , которые используются во время радиологического вмешательства. Рентгеноконтрастность данного эндоваскулярного устройства важна, поскольку она позволяет отслеживать устройство во время интервенционной процедуры.

Количественное определение

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

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

Более конкретно, если луч света с частотой проходит через среду с непрозрачностью и плотностью массы , причем обе эти величины постоянны, то интенсивность будет уменьшаться с расстоянием x в соответствии с формулой , где ${\displaystyle \nu }$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$ ${\displaystyle \rho }$ $${\displaystyle I(x)=I_{0}e^{-\kappa _{\nu }\rho x}}$$

• x — расстояние, пройденное светом через среду
• ${\displaystyle I(x)}$интенсивность света, оставшегося на расстоянии x
• ${\displaystyle I_{0}}$начальная интенсивность света, при ${\displaystyle x=0}$

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

Под непрозрачностью в работе по загрязнению воздуха понимается процент заблокированного света, а не коэффициент затухания (он же коэффициент экстинкции), и она варьируется от 0% заблокированного света до 100% заблокированного света:

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

Непрозрачность Планка и Росселанда

Принято определять среднюю непрозрачность, вычисляемую с использованием определенной схемы весовых коэффициентов. Планковская непрозрачность (также известная как средний коэффициент поглощения Планка ^[1] ) использует нормализованное распределение плотности энергии излучения абсолютно черного тела Планка , , в качестве весовой функции и усредняется напрямую: где - постоянная Стефана-Больцмана . ${\displaystyle B_{\nu }(T)}$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$ $${\displaystyle \kappa _{Pl}={\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }B_{\nu }(T)d\nu \over \int _{0}^{\infty }B_{\nu }(T)d\nu }=\left({\pi \over \sigma T^{4}}\right)\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }B_{\nu }(T)d\nu ,}$$ ${\displaystyle \sigma }$

Непрозрачность Росселанда (по Свейн Росселанду ), с другой стороны, использует температурную производную распределения Планка , , как весовую функцию, и усредняет , Средний свободный пробег фотона равен . Непрозрачность Росселанда выводится в диффузионном приближении к уравнению переноса излучения. Она справедлива, когда поле излучения изотропно на расстояниях, сравнимых или меньших, чем средний свободный пробег излучения, например, в локальном тепловом равновесии. На практике средняя непрозрачность для томсоновского рассеяния электронов равна: где - массовая доля водорода. Для нерелятивистского теплового тормозного излучения , или свободно-свободных переходов, предполагая солнечную металличность , она равна: ^[2] Средний коэффициент ослабления Росселанда равен: ^[3] ${\displaystyle u(\nu ,T)=\partial B_{\nu }(T)/\partial T}$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }^{-1}}$ $${\displaystyle {\frac {1}{\kappa }}={\frac {\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }^{-1}u(\nu ,T)d\nu }{\int _{0}^{\infty }u(\nu ,T)d\nu }}.}$$ ${\displaystyle \lambda _{\nu }=(\kappa _{\nu }\rho )^{-1}}$ $${\displaystyle \kappa _{\rm {es}}=0.20(1+X)\,\mathrm {cm^{2}\,g^{-1}} }$$ ${\displaystyle X}$ $${\displaystyle \kappa _{\rm {ff}}(\rho ,T)=0.64\times 10^{23}(\rho [{\rm {g}}~{\rm {\,cm}}^{-3}])(T[{\rm {K}}])^{-7/2}{\rm {\,cm}}^{2}{\rm {\,g}}^{-1}.}$$ $${\displaystyle {\frac {1}{\kappa }}={\frac {\int _{0}^{\infty }(\kappa _{\nu ,{\rm {es}}}+\kappa _{\nu ,{\rm {ff}}})^{-1}u(\nu ,T)d\nu }{\int _{0}^{\infty }u(\nu ,T)d\nu }}.}$$

Смотрите также

• Поглощение (электромагнитное излучение)
• Математическое описание непрозрачности
• Молярная поглощательная способность
• Отражение (физика)
• Глянец (оптика)
• Сесия (внешний вид)
• Теория рассеяния
• Прозрачность и полупрозрачность
• Каппа-механизм

Ссылки

1. Модест, Лучистый перенос тепла, ISBN  978-0-12386944-9
2. Стюарт Л. Шапиро и Сол А. Тьюкольски , «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 ISBN 0-471-04815-1 .