Opazität (Optik) - Opacity (optics)

Vergleiche von 1. Opazität, 2. Transluzenz und 3. Transparenz; hinter jedem Paneel ist ein Stern.

Opazität ist das Maß für die Undurchlässigkeit gegenüber elektromagnetischer oder anderer Strahlung , insbesondere gegenüber sichtbarem Licht . Bei der Strahlungsübertragung beschreibt es die Absorption und Streuung von Strahlung in einem Medium , wie einem Plasma , Dielektrikum , Abschirmmaterial , Glas usw. Ein undurchsichtiges Objekt ist weder transparent (lässt alles Licht durch) noch durchscheinend (lässt etwas Licht) passieren). Wenn Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Stoffen trifft, können im Allgemeinen einige reflektiert, einige absorbiert, einige gestreut und der Rest transmittiert werden (siehe auch Brechung ). Die Reflexion kann diffus sein , beispielsweise Licht, das von einer weißen Wand reflektiert wird, oder spiegelnd , beispielsweise Licht, das von einem Spiegel reflektiert wird. Eine undurchsichtige Substanz lässt kein Licht durch und reflektiert, streut oder absorbiert es daher vollständig. Sowohl Spiegel als auch Carbon Black sind undurchsichtig. Die Opazität hängt von der Frequenz des betrachteten Lichts ab. Zum Beispiel, einige Arten von Glas , während transparent im sichtbaren Bereich sind, weitgehend undurchlässig für ultraviolettes Licht. Eine extremere Frequenzabhängigkeit ist in den Absorptionslinien kalter Gase sichtbar . Opazität kann auf viele Arten quantifiziert werden; siehe beispielsweise den Artikel Mathematische Beschreibungen der Deckkraft .

Verschiedene Prozesse können zu Opazität führen, einschließlich Absorption , Reflexion und Streuung .

Etymologie

Spätmittelenglischer Opake, von lateinisch opacus 'verdunkelt'. Die aktuelle Schreibweise (selten vor dem 19. Jahrhundert) wurde von der französischen Form beeinflusst.

Röntgenopazität

Röntgenopazität wird vorzugsweise verwendet, um die Opazität von Röntgenstrahlen zu beschreiben . In der modernen Medizin sind strahlendichte Substanzen solche, die Röntgenstrahlen oder ähnliche Strahlen nicht durchlassen. Die radiografische Bildgebung wurde durch strahlendichte Kontrastmittel revolutioniert , die durch den Blutkreislauf, den Magen-Darm-Trakt oder in die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit geleitet und verwendet werden können, um CT-Scans oder Röntgenbilder hervorzuheben. Röntgenopazität ist eine der wichtigsten Überlegungen beim Design verschiedener Geräte wie Führungsdrähte oder Stents , die bei radiologischen Eingriffen verwendet werden. Die Strahlenundurchlässigkeit einer gegebenen endovaskulären Vorrichtung ist wichtig, da sie die Verfolgung der Vorrichtung während des Eingriffsverfahrens ermöglicht.

Quantitative Definition

Als umgangssprachliche Bezeichnungen für Objekte oder Medien mit den oben beschriebenen Eigenschaften werden häufig die Wörter „Opazität“ und „Opak“ verwendet. Allerdings gibt es hier auch eine spezifische, quantitative Definition von "Opazität", die in der Astronomie, Plasmaphysik und anderen Bereichen verwendet wird.

In dieser Verwendung ist "Opazität" ein anderer Begriff für den Massenschwächungskoeffizienten (oder, je nach Kontext, Massenabsorptionskoeffizient , der Unterschied wird hier beschrieben ) bei einer bestimmten Frequenz elektromagnetischer Strahlung. ${\displaystyle \kappa_{\nu}}$${\displaystyle \nu}$

Genauer gesagt, wenn ein Lichtstrahl mit einer Frequenz durch ein Medium mit Opazität und Massendichte wandert , beides konstant, dann wird die Intensität mit dem Abstand x gemäß der Formel verringert${\displaystyle \nu}$${\displaystyle \kappa_{\nu}}$${\displaystyle \rho}$

${\displaystyle I(x)=I_{0}e^{-\kappa_{\nu}\rho x}}$

wo

• x ist die Strecke, die das Licht durch das Medium zurückgelegt hat
• ${\displaystyle I(x)}$ist die Intensität des im Abstand x . verbleibenden Lichts
• ${\displaystyle I_{0}}$ ist die anfängliche Lichtintensität, at ${\displaystyle x=0}$

Für ein gegebenes Medium bei einer gegebenen Frequenz hat die Opazität einen numerischen Wert, der zwischen 0 und unendlich liegen kann, mit Längeneinheiten ² /Masse.

Opazität bei Luftverschmutzungsarbeiten bezieht sich auf den Prozentsatz des blockierten Lichts anstelle des Dämpfungskoeffizienten (auch bekannt als Extinktionskoeffizient) und variiert von 0% blockiertem Licht bis zu 100% blockiertem Licht:

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

Planck- und Rosseland-Opazitäten

Es ist üblich, die durchschnittliche Opazität zu definieren, die nach einem bestimmten Gewichtungsschema berechnet wird. Die Planck-Opazität (auch bekannt als Planck-Mittelwert-Absorptionskoeffizient) verwendet die normierte Planck-Strahlungsenergiedichteverteilung des schwarzen Körpers , , als Gewichtungsfunktion und mittelt direkt: ${\displaystyle B_{\nu}(T)}$${\displaystyle \kappa_{\nu}}$

${\displaystyle \kappa_{Pl}={\int _{0}^{\infty}\kappa_{\nu}B_{\nu}(T)d\nu \over \int _{0}^{ \infty}B_{\nu}(T)d\nu}={\Big (}{\pi\over \sigma T^{4}}{\Big)}\int_{0}^{\infty} \kappa_{\nu}B_{\nu}(T)d\nu}$,

wo ist die Stefan-Boltzmann-Konstante . ${\displaystyle \sigma}$

Rosseland-Opazität (nach Svein Rosseland ) verwendet dagegen eine Temperaturableitung der Planck-Verteilung , , als Gewichtungsfunktion und Mittelwerte , ${\displaystyle u(\nu,T)=\partial B_{\nu}(T)/\partial T}$${\displaystyle \kappa_{\nu}^{-1}}$

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

Der mittlere freie Weg des Photons ist . Die Rosseland-Opazität wird in der Diffusionsnäherung an die Strahlungstransportgleichung abgeleitet. Sie gilt immer dann, wenn das Strahlungsfeld über Entfernungen, die vergleichbar oder kleiner als eine mittlere freie Weglänge sind, isotrop ist, beispielsweise im lokalen thermischen Gleichgewicht. In der Praxis beträgt die mittlere Opazität für die Thomson-Elektronenstreuung : ${\displaystyle \lambda_{\nu}=(\kappa_{\nu}\rho)^{-1}}$

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

wo ist der Wasserstoff-Massenanteil. Für nichtrelativistische thermische Bremsstrahlung oder frei-freie Übergänge gilt unter der Annahme solarer Metallizität : ${\displaystyle X}$

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

Der mittlere Dämpfungskoeffizient von Rosseland ist:

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

Siehe auch

• Absorption (elektromagnetische Strahlung)
• Mathematische Beschreibungen der Opazität
• Molares Absorptionsvermögen
• Reflexion (Physik)
• Streutheorie
• Transparenz und Transluzenz
• Kappa-Mechanismus

Verweise