Ondeurskynendheid (optika)

Ondeurskynendheid is die meet van die ondeurdringbaarheid van elektromagnetiese of ander vorme van straling, veral sigbare lig. In stralingsoordrag beskryf dit die absorpsie en verstrooiing van straling in 'n medium soos plasma, diëlektrikum, afskermingsmateriaal en glas. 'n Ondeurskynende voorwerp is nie deursigtig (alle lig word deurgelaat) of deurskynend ('n deel van die lig word deurgelaat) nie. Wanneer lig 'n koppelvlak tussen twee stowwe tref, word dele daarvan weerkaats, geabsorbeer en verstrooi en die res word deurgelaat (kyk ook refraksie). Weerkaatsing kan verstrooid, byvoorbeeld lig wat van 'n wit muur weerkaats, of soos 'n spieël, byvoorbeeld lig wat van 'n spieël weerkaats, wees. 'n Ondeurskynende stof laat geen lig deur nie, en daarom word lig weerkaats, verstrooi of geabsorbeer. Beide spieëls en koolswart is ondeurskynend. Ondeurskynendheid hang af van die frekwensie van die lig. Byvoorbeeld, sommige soorte glas, alhoewel visueel deursigtig, is grootliks ondeurskynend vir ultraviolet lig. Meer ekstreme frekwensie-afhanklikheid is sigbaar in die absorpsielyne van koue gasse. Ondeurskynendheid kan op baie maniere gekwantifiseer word, byvoorbeeld, lees die artikel oor wiskundige beskrywings van deurskynendheid.

Verskillende prosesse kan lei tot ondeurskynendheid, waaronder absorpsie, weerkaatsing en verstrooiing.

Radioöpasiteit

Radioöpasiteit of ondeurstraalbaarheid beskryf die ondeurskyndendheid van X-strale. In die moderne medisyne is radiodigte stowwe daardie stowwe wat nie X-strale of soortgelyke straling deurlaat nie. Radiografiese beeldvorming het 'n omwenteling ondergaan deur radiodigte kontrasmedia, wat deur die bloedstroom, die maagdermkanaal, of in die serebrale rugmurgvog kan gaan en gebruik kan word om CT-skandeerbeelde of X-strale uit te lig. Radioöpasiteit is een van die belangrikste oorwegings in die ontwerp van verskillende toestelle soos gidsdrade of stents wat gebruik word tydens radiologiese intervensie. Die radioöpasiteit van 'n gegewe endovaskulêre toestel is belangrik want dit laat toe dat die toestel tydens die intervensionele proses nagespoor kan word.

Kwantitatiewe definisie

Die woorde "ondeurskynendheid" en "ondeurskynend" word dikwels gebruik as alledaagse terme vir voorwerpe of media met die eienskappe wat hierbo beskryf is. Daar is egter ook 'n spesifieke, kwantitatiewe definisie van "ondeurskynendheid" wat hier gegee word en wat in sterrekunde, plasma fisika en ander velde gebruik word.

In hierdie definisie is "ondeurskynendheid" 'n ander term vir die massa-verswakkingskoëffisiënt (of, afhangende van die verband, massa-absorpsiekoëffisiënt) ${\displaystyle \kappa }$_{${\displaystyle \upsilon }$} teen 'n bepaalde frekwensie ${\displaystyle \upsilon }$ van elektromagnetiese straling.

Meer spesifiek is as 'n ligstraal met 'n frekwensie ${\displaystyle \upsilon }$ deur 'n medium met ondeurskynendheid ${\displaystyle \kappa }$_{${\displaystyle \upsilon }$} en massadigtheid ${\displaystyle \rho }$, beide konstant, beweeg, dan sal die intensiteit met afstand x verminder word, volgens die formule

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

waar

• ${\displaystyle x}$ is die afstand wat die lig deur die medium beweeg het
• ${\displaystyle I(x)}$ is die intensiteit van die lig wat op afstand ${\displaystyle x}$ bly
• ${\displaystyle I}$_{${\displaystyle 0}$} is die aanvanklike intensiteit van die lig, by ${\displaystyle x=0}$

Vir 'n gegewe medium teen 'n gegewe frekwensie het ondeurskynendheid 'n numeriese waarde wat tussen 0 en oneindigheid kan wissel, met eenhede van lengte²/massa.

Planck en Rosseland se ondeurskynendheid

Dit is gebruiklik om die gemiddelde ondeurskynendheid te definieer, bereken deur 'n bepaalde beswaringskema. Planck se ondeurskynendheid gebruik genormaliseerde verdeling van Planck se swartstraling-energiedigtheid, ${\displaystyle B}$_{${\displaystyle \upsilon }$}${\displaystyle (T)}$, as die beswaringsfunksie, en bereken die gemiddeld ${\displaystyle \kappa }$_{${\displaystyle \upsilon }$} direk:

${\displaystyle \kappa }$_{${\displaystyle Pl}$} = ${\displaystyle {\frac {\textstyle \int _{0}^{\infty }\displaystyle \kappa _{v}B_{v}(T)dv}{\textstyle \int _{0}^{\infty }\displaystyle B_{v}(T)dv}}}$ = ${\displaystyle \left({\frac {\pi }{\sigma T^{4}}}\right)}$ ${\displaystyle \textstyle \int _{0}^{\infty }\displaystyle \kappa _{\upsilon }B_{\upsilon }(T)dv}$,

waar ${\displaystyle \sigma }$ die Stefan-Boltzmann se konstante is.

Rosseland se ondeurskynendheid (na Svein Rosseland) gebruik 'n temperatuurafgeleide van Planck se verdeling ${\displaystyle u(v,T)=\partial B}$_{${\displaystyle \upsilon }$}${\displaystyle (T)/\partial T}$, as die beswaringsfunksie, en bereken die gemiddeld ${\displaystyle \kappa }$_{${\displaystyle \upsilon }$}^{${\displaystyle -1}$},

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

Die foton gemiddelde vry baan is ${\displaystyle \lambda }$_{${\displaystyle \upsilon }$} ${\displaystyle =(\kappa }$_{${\displaystyle \upsilon }$}${\displaystyle \rho )}$^{${\displaystyle -1}$}. Die Rosseland se ondeurskynendheid word afgelei in die verstrooiingsbenadering tot die stralingstransportvergelyking. Dit is geldig wanneer die stralingsveld isotropies oor afstande wat vergelykbaar is aan of minder is as 'n straling gemiddelde vry baan, soos in die lokaal termiese ewewig. In die praktyk is die gemiddelde deurskynendheid vir Thomson se elektroneverstrooiing:

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

waar ${\displaystyle X}$ die waterstof massabreuk is. Vir nierelatiwistiese termiese remstraling of vry oorgang, en sonmetaal te veronderstel, is dit:

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

Rosseland se gemiddelde verswakkingskoëffisiënt is:

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

Kyk ook

• Absorpsie (elektromagnetiese straling)
• Wiskundige beskrywings van ondeurskynendheid
• Molêre absorpsievermoë
• Weerkaatsing (fisika)
• Verstrooiingsteorie
• Deursigtigheid en deurskynendheid

Verwysings

1. Stuart L. Shapiro and Saul A. Teukolsky, "Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars" 1983, ISBN 0-471-87317-9.