Opacidad

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 u otros tipos de radiación , especialmente la luz visible . En transferencia radiativa , describe la absorción y dispersión de la radiación en un medio , como un plasma , un dieléctrico , un material de protección , un vidrio, etc. Un objeto opaco no es transparente (que permite que pase toda la luz) ni translúcido (que permite que pase algo de luz). Cuando la luz incide en una interfaz entre dos sustancias, en general, parte puede reflejarse, parte absorberse, parte dispersarse y el resto transmitirse (véase 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 la reflexión y transmisión regular o difusa de la luz, se han organizado bajo el concepto de cesía en un sistema de orden con tres variables, que incluyen la opacidad, la transparencia y la 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 considere. 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 los gases fríos . La opacidad se puede cuantificar de muchas maneras; por ejemplo, consulte el artículo descripciones matemáticas de la opacidad .

Diferentes procesos pueden provocar opacidad, entre ellos la absorción , la reflexión y la dispersión .

Etimología

Opake, del latín opacus, "oscurecido". La ortografía actual (poco frecuente antes del siglo XIX) ha recibido la influencia de 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 permiten el paso de los rayos X o radiaciones similares. La obtención de imágenes radiográficas ha sido revolucionada por los medios de contraste radiodensos , que pueden pasar a través del torrente sanguíneo, el tracto gastrointestinal o el líquido cefalorraquídeo y utilizarse para resaltar las imágenes de tomografías computarizadas o rayos X. La radiopacidad es una de las consideraciones clave en el diseño de varios 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 referirse a objetos o medios con las propiedades descritas anteriormente. Sin embargo, también existe una definición cuantitativa específica de "opacidad", que se utiliza en astronomía, física del plasma y otros campos, y que se ofrece aquí.

En este uso, "opacidad" es otro término para el coeficiente de atenuación de masa (o, dependiendo del contexto, coeficiente de absorción de masa , la diferencia se describe aquí ) en 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 de acuerdo con la fórmula donde ${\displaystyle \nu }$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$ ${\displaystyle \rho }$ $${\displaystyle I(x)=I_{0}e^{-\kappa _{\nu }\rho x}}$$

• 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 el 0 % de luz bloqueada hasta el 100 % de luz bloqueada:

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

Opacidades de Planck y Rosseland

Se acostumbra a definir la opacidad media, calculada utilizando un determinado esquema de ponderación. La opacidad de Planck (también conocida como coeficiente de absorción media de Planck ^[1] ) utiliza la distribución de densidad de energía de radiación de cuerpo negro normalizada de Planck , , como función de ponderación, y promedia directamente: donde es la constante de Stefan-Boltzmann . ${\displaystyle B_{\nu }(T)}$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }}$ $${\displaystyle \kappa _{Pl}={\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }B_{\nu }(T)d\nu \over \int _{0}^{\infty }B_{\nu }(T)d\nu }=\left({\pi \over \sigma T^{4}}\right)\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }B_{\nu }(T)d\nu ,}$$ ${\displaystyle \sigma }$

La opacidad de Rosseland (según Svein Rosseland ), por otro lado, utiliza una derivada de temperatura de la distribución de Planck , , como función de ponderación, y promedia , El camino libre medio del fotón es . La opacidad de Rosseland se deriva en la aproximación de difusión a la ecuación de transporte radiativo. Es válida siempre que el campo de radiación sea isótropo en distancias comparables o menores que un camino libre medio de radiación, como en el equilibrio térmico local. En la práctica, la opacidad media para la dispersión de electrones de Thomson es: donde es la fracción de masa de hidrógeno. Para la radiación de frenado térmica no relativista , o transiciones libre-libre, asumiendo la metalicidad solar , es: ^[2] El coeficiente de atenuación media de Rosseland es: ^[3] ${\displaystyle u(\nu ,T)=\partial B_{\nu }(T)/\partial T}$ ${\displaystyle \kappa _{\nu }^{-1}}$ $${\displaystyle {\frac {1}{\kappa }}={\frac {\int _{0}^{\infty }\kappa _{\nu }^{-1}u(\nu ,T)d\nu }{\int _{0}^{\infty }u(\nu ,T)d\nu }}.}$$ ${\displaystyle \lambda _{\nu }=(\kappa _{\nu }\rho )^{-1}}$ $${\displaystyle \kappa _{\rm {es}}=0.20(1+X)\,\mathrm {cm^{2}\,g^{-1}} }$$ ${\displaystyle X}$ $${\displaystyle \kappa _{\rm {ff}}(\rho ,T)=0.64\times 10^{23}(\rho [{\rm {g}}~{\rm {\,cm}}^{-3}])(T[{\rm {K}}])^{-7/2}{\rm {\,cm}}^{2}{\rm {\,g}}^{-1}.}$$ $${\displaystyle {\frac {1}{\kappa }}={\frac {\int _{0}^{\infty }(\kappa _{\nu ,{\rm {es}}}+\kappa _{\nu ,{\rm {ff}}})^{-1}u(\nu ,T)d\nu }{\int _{0}^{\infty }u(\nu ,T)d\nu }}.}$$

Véase 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 radiativo 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 .