Opacidade

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para: navegação, pesquisa

A opacidade é uma propriedade óptica da matéria, que apresenta diversos graus e características. Popularmente, um material é considerado "opaco" quando não permite a passagem da luz em proporções apreciáveis. Mais genericamente, e por uma abordagem mais formal em física, é a medida da impenetrabilidade a radiação eletromagnética ou outros tipos de radiação, incluindo a mais perceptível pelos humanos, a luz visível.

Com respeito à luz visível, um material é dito "translúcido" permitindo a passagem , porém de maneira difusa, tornando as formas das imagens transmitidas irreconhecíveis, e é "transparente" quando permite facilmente a passagem da luz quando permite a passagem da luz (apresentando nesta transparência (arte), graduações, podendo absorver de uma pequena e mínima parte da luz até uma grande parte desta, mas preservando sempre a imagem, as formas, transmitidas).

Quando a luz colide com uma interface entre duas substâncias, em geral alguma luz pode ser refletida, , alguma dispersada, alguma absorvida, e um restante transmitida (ver também refração). Uma substância opaca transmite muito pouca luz, e entretanto reflete, dispersa, ou absorve a maioria esta. Tanto espelhos e "negro de fumo" (carbono praticamente puro) são exemplos de substâncias opacas, mas suas absorções e refletividades são evidentemente diferentes.

A opacidade depende da frequência (portanto, de seu comprimento de onda) da luz sendo considerada. Segundo a mecânica quântica, um material será opaco a um certo comprimento de onda quando em seu esquema de níveis de energia existe alguma diferença de energia que corresponde a esse comprimento de onda. Por isso, os metais são opacos ( e refletem a luz ) pois suas bandas de energia são tão amplas que qualquer cor do espectro visível pode ser absorvido e reemitido.

Por este motivo, por exemplo, alguns tipos de vidro, enquanto transparentes no espectro do visível, são fortemente opacos a luz ultravioleta.

Exemplos extremos deste tipo de dependência da frequência é visível nas linhas de absorção de gases frios. Em geral, um material tende a emitir luz na mesmas proporções que o absorve.

Para aplicações técnicas considera-se a transparência ou a opacidade, também, para as radiações infravermelha, ultravioleta, raios-X e raios gama.

Em tranferência radioativa, a opacidade descreve a absorção e dispersão de radiação em um meio, tal como um plasma, dielétrico, material de proteção às radiações, vidros, etc.

Definição[editar | editar código-fonte]

A opacidade \kappa_\nu dá a taxa de absorção (ou extinção), a qual é a fração da intensidade I_\nu, da radiação que é absorvida ou difundida por unidade de distância ao longo de um raio de propagação:

{\partial I_\nu\over\partial x}=-I_\nu\kappa_\nu.

Para um dado meio têm um valor numérico que pode variar entre 0 e infinito. É também chamado de coeficiente de absorção (ver também coeficiente de extinção). Em geral \kappa_\nu depende da frequência \nu da radiação, assim como da densidade, temperatura, e composição do meio. O percurso livre médio é a distância que um fóton viaja em um meio antes da absorção ou dispersão é definido como 1/(\kappa_\nu \rho), onde \rho a densidade do material. A notação \kappa_\lambda é a opacidade descrita como uma função do comprimento de onda \lambda. Enquanto muitos materiais são muito opacos (aço na luz visível, tendo opacidade próxima do infinito), e outros muito transparentes (ar, este tendo opacidade próxima de zero), sendo que muitos outros materiais têm opacidade intermediária (tal como a água), então a opacidade frequentemente é tratada como uma propriedade booleana.

Em astronomia e campos de imagens de planetas, a profundidade óptica, tau, define a opacidade: zero indica transparência e números mais altos indicam mais e mais opacidade de uma forma exponencial inversa, por exemplo um tau de 1 indica 36 porcento de luz passando (e-1 = 0.36), e um tau de 5 indica menos de 1 porcento de passagem (e -5 = 0.0067).[1]

Em astrofísica e física de plasma "opacidade", ou coeficiente de absorção, \kappa_\nu é definido como \kappa_\nu \rho I_\nu d\nu d\Omega que dá a energia correspondente absorvida por unidade de tempo de um feixe de determinada intensidade I_\nu em um meio de densidade \rho (então \kappa_\nu é medido em {\rm cm}^2 {\rm g}^{-1}).

A profundidade ótica \tau_\nu ao longo da direção da propagação é então d \tau_\nu = \kappa_\nu \rho ds, onde ds é a distância ao longo desta direção. É costumeiramente definida a opacidade média, calculada usando um certo esquema ponderal. A opacidade de Planck usa a densidade de distribuição de densidade de energia da radiação de um corpo negro de Planck como a função ponderal, e a media \kappa_\nu diretamente. A opacidade de Rosseland, por outro lado, usa uma derivada da temperatura da distribuição de Planck (normalizada) como a função ponderal, e media \kappa_\nu^{-1},

\frac{1}{\kappa} = \frac{\int_0^{\infty} \kappa_{\nu}^{-1} u(\nu, T) d\nu }{\int_0^{\infty} u(\nu,T) d\nu}.

O percurso livre médio do fóton é \lambda_\nu = (\kappa_\nu \rho)^{-1}. A opacidade de Rosseland é derivada na aproximação da difusão a equação de transporte radioativo. Ela é válida quando o campo de radiação é isotrópico em distâncias comparáveis ou menores que o percurso livre médio da radiação, tal como em equilíbrio térmico local. Na prática, a opacidade média para a dispersão de elétrons de Thomson é  \kappa_{\rm es} = 0.40 {\rm cm}^2 {\rm g}^{-1} e para bremsstrahlung térmico não relativístico, ou transições "livre-livre", é

 \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}.[2]

O coeficiente de absorção médio de Rosseland incluindo tanto dispersão e absorção (também chamada a coeficiente de extinção) é

\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}.[3]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Translation Latin Alphabet.svg
Este artigo ou secção está a ser traduzido. Ajude e colabore com a tradução.

Referências

  1. Are The Mars Rovers Doomed? 'A tau of five means that less than one percent of direct sunlight is reaching the Mars surface' (em inglês).
  2. Stuart L. Shapiro and Saul A. Teukolsky, "Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars" 1983, ISBN 0-471-87317-9.
  3. George B. Rybicki and Alan P. Lightman, "Radiative Processes in Astrophysics" 1979 ISBN 0-471-04815-1.