Opacidad (óptica)

Propiedad de un objeto o sustancia que es impermeable a la luz.

Comparaciones de 1. opacidad, 2. translucidez y 3. transparencia; detrás de cada panel hay una estrella.

La opacidad es la medida de impenetrabilidad a la radiación electromagnética o de otro tipo , especialmente la luz visible . En transferencia radiativa , describe la absorción y dispersión de la radiación en un medio , como plasma , dieléctrico , material de protección , vidrio, etc. Un objeto opaco no es transparente (permite que pase toda la luz) ni translúcido (permite algo de luz). para pasar a través). Cuando la luz incide en una interfaz entre dos sustancias, en general una parte puede reflejarse, otra absorberse, otra dispersarse y el resto transmitirse (ver también refracción ). La reflexión puede ser difusa , por ejemplo, la luz que se refleja en una pared blanca, o especular , por ejemplo, la luz que se refleja en un espejo. Una sustancia opaca no transmite luz y, por lo tanto, la refleja, dispersa o absorbe toda. Otras categorías de apariencia visual, relacionadas con la percepción de reflexión y transmisión de luz regular o difusa, se han organizado bajo el concepto de cesia en un sistema de orden con tres variables, incluyendo opacidad, transparencia y translucidez entre los aspectos involucrados. Tanto los espejos como el negro de carbón son opacos. La opacidad depende de la frecuencia de la luz que se considera. Por ejemplo, algunos tipos de vidrio , aunque transparentes en el rango visual , son en gran medida opacos a la luz ultravioleta . Una dependencia de la frecuencia más extrema es visible en las líneas de absorción de gases fríos . La opacidad se puede cuantificar de muchas formas; por ejemplo, consulte el artículo descripciones matemáticas de opacidad .

Diferentes procesos pueden conducir a la opacidad, incluyendo la absorción , la reflexión y la dispersión .

Etimología

Opake del inglés medio tardío, del latín opacus 'oscurecido'. La ortografía actual (rara antes del siglo XIX) ha sido influenciada por la forma francesa.

Radiopacidad

La radiopacidad se utiliza preferentemente para describir la opacidad de los rayos X. En la medicina moderna, las sustancias radiodensas son aquellas que no dejan pasar los rayos X o radiaciones similares. Las imágenes radiográficas se han visto revolucionadas por los medios de contraste radiodenso , que pueden pasar a través del torrente sanguíneo, el tracto gastrointestinal o el líquido cefalorraquídeo y utilizarse para resaltar imágenes de tomografía computarizada o radiografías. La radiopacidad es una de las consideraciones clave en el diseño de diversos dispositivos, como guías o stents, que se utilizan durante la intervención radiológica . La radiopacidad de un dispositivo endovascular determinado es importante ya que permite realizar un seguimiento del dispositivo durante el procedimiento intervencionista.

Definición cuantitativa

Las palabras "opacidad" y "opaco" se utilizan a menudo como términos coloquiales para objetos o medios con las propiedades descritas anteriormente. Sin embargo, aquí también se proporciona una definición cuantitativa específica de "opacidad", utilizada en astronomía, física del plasma y otros campos.

En este uso, "opacidad" es otro término para el coeficiente de atenuación de masa (o, según el contexto, el coeficiente de absorción de masa , la diferencia se describe aquí ) a una frecuencia particular de radiación electromagnética. ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$ ${\displaystyle \nu }$

Más específicamente, si un haz de luz con frecuencia viaja a través de un medio con opacidad y densidad de masa , ambas constantes, entonces la intensidad se reducirá con la distancia x según la fórmula ${\displaystyle \nu }$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$ ${\displaystyle \rho }$

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

• x es la distancia que ha recorrido la luz a través del medio
• ${\displaystyle I(x)}$es la intensidad de la luz que permanece a una distancia x
• ${\displaystyle I_{0}}$es la intensidad inicial de la luz, en ${\displaystyle x=0}$

Para un medio dado a una frecuencia dada, la opacidad tiene un valor numérico que puede oscilar entre 0 e infinito, con unidades de longitud ² /masa.

La opacidad en el trabajo sobre contaminación del aire se refiere al porcentaje de luz bloqueada en lugar del coeficiente de atenuación (también conocido como coeficiente de extinción) y varía desde 0% de luz bloqueada hasta 100% de luz bloqueada:

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

Opacidades de Planck y Rosseland

Es habitual definir la opacidad media, calculada mediante un determinado esquema de ponderación. La opacidad de Planck (también conocida como coeficiente de absorción media de Planck ^{[1] ) utiliza la} distribución normalizada de densidad de energía de radiación del cuerpo negro de Planck , como función de ponderación, y promedia directamente: ${\displaystyle B_{\nu }(T)}$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$

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

constante de Stefan-Boltzmann ${\displaystyle \sigma }$

La opacidad de Rosseland (después de Svein Rosseland ), por otro lado, utiliza una derivada de temperatura de la distribución de Planck , como función de ponderación, y promedia , ${\displaystyle u(\nu ,T)=\partial B_{\nu }(T)/\partial T}$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }^{-1}}$

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

la dispersión de electrones de Thomson ${\displaystyle \lambda _{\nu }=(\kappa _{\nu }\rho )^{-1}}$

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

bremsstrahlung térmica no relativista , o transiciones libre-libre, suponiendo metalicidad^[2] ${\displaystyle X}$

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

coeficiente de atenuación^[3]

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

Ver también

• Absorción (radiación electromagnética)
• Descripciones matemáticas de la opacidad.
• Absortividad molar
• Reflexión (física)
• Brillo (óptica)
• Cesia (apariencia visual)
• Teoría de la dispersión
• Transparencia y translucidez.
• mecanismo kappa

Referencias

1. Transferencia de calor radiativa modesta, ISBN  978-0-12386944-9
2. Stuart L. Shapiro y Saul A. Teukolsky , "Agujeros negros, enanas blancas y estrellas de neutrones" 1983, ISBN 0-471-87317-9 . 
3. George B. Rybicki y Alan P. Lightman , "Procesos radiativos en astrofísica" 1979 ISBN 0-471-04815-1 .