Hoy hablaremos sobre la transmitancia y conceptos relacionados. Todas estas cantidades se refieren al apartado de óptica lineal.
Luz en el mundo antiguo
La gente solía pensar que el mundo estaba lleno de misterios. Incluso el cuerpo humano llevaba mucho de lo desconocido. Por ejemplo, los antiguos griegos no entendían cómo ve el ojo, por qué existe el color, por qué llega la noche. Pero al mismo tiempo, su mundo era más simple: la luz, al caer sobre un obstáculo, creaba una sombra. Esto es todo lo que incluso el científico más educado necesitaba saber. Nadie pensó en la transmitancia de la luz y el calor. Y hoy lo estudian en la escuela.
La luz se encuentra con el obstáculo
Cuando un rayo de luz golpea un objeto, este puede comportarse de cuatro maneras diferentes:
- engullir;
- dispersión;
- reflejar;
- sigue adelante.
En consecuencia, cualquier sustancia tiene coeficientes de absorción, reflexión, transmisión y dispersión.
La luz absorbida cambia las propiedades del material mismo de diferentes maneras: lo calienta, cambia su estructura electrónica. La luz difusa y reflejada son similares, pero aún diferentes. Al reflejar la luzcambia la dirección de propagación, y cuando se dispersa, su longitud de onda también cambia.
Un objeto transparente que transmite luz y sus propiedades
Los coeficientes de reflexión y transmisión dependen de dos factores: las características de la luz y las propiedades del propio objeto. Importa:
- Estado agregado de la materia. El hielo se refracta de manera diferente al vapor.
- La estructura de la red cristalina. Este artículo se aplica a los sólidos. Por ejemplo, la transmitancia del carbón en la parte visible del espectro tiende a cero, pero un diamante es otra cosa. Son los planos de su reflejo y refracción los que crean un juego mágico de luces y sombras, por el cual la gente está dispuesta a pagar dinero fabuloso. Pero ambas sustancias son carbonos. Y un diamante arderá en un fuego no peor que el carbón.
- Temperatura de la materia. Por extraño que parezca, a altas temperaturas, algunos cuerpos se convierten en una fuente de luz, por lo que interactúan con la radiación electromagnética de una manera ligeramente diferente.
- El ángulo de incidencia del haz de luz sobre el objeto.
Además, recuerda que la luz que sale de un objeto se puede polarizar.
Longitud de onda y espectro de transmisión
Como mencionamos anteriormente, la transmitancia depende de la longitud de onda de la luz incidente. Una sustancia que es opaca a los rayos amarillos y verdes parece transparente al espectro infrarrojo. Para las pequeñas partículas llamadas "neutrinos", la Tierra también es transparente. Por lo tanto, a pesar de que ellosgenera el Sol en cantidades muy grandes, es tan difícil para los científicos detectarlos. La probabilidad de que un neutrino colisione con la materia es extremadamente pequeña.
Pero la mayoría de las veces hablamos de la parte visible del espectro de radiación electromagnética. Si hay varios segmentos de la escala en el libro o la tarea, la transmitancia óptica se referirá a la parte accesible al ojo humano.
Fórmula del coeficiente
Ahora el lector está lo suficientemente preparado para ver y comprender la fórmula que determina la transmisión de una sustancia. Se ve así: S=F/F0.
Entonces, la transmitancia T es la relación entre el flujo de radiación de cierta longitud de onda que pasó a través del cuerpo (Ф) y el flujo de radiación original (Ф0).
El valor de T no tiene dimensión, ya que se denota como una división de conceptos idénticos entre sí. Sin embargo, este coeficiente no carece de significado físico. Muestra cuánta radiación electromagnética atraviesa una determinada sustancia.
Flujo de radiación
Esto no es solo una frase, sino un término específico. El flujo de radiación es la potencia que la radiación electromagnética transporta a través de una unidad de superficie. Más detalladamente, este valor se calcula como la energía que la radiación mueve a través de una unidad de área en una unidad de tiempo. El área suele ser un metro cuadrado y el tiempo son segundos. Pero dependiendo de la tarea específica, estas condiciones se pueden cambiar. Por ejemplo, para rojogigante, que es mil veces más grande que nuestro Sol, puede usar con seguridad kilómetros cuadrados. Y para una pequeña luciérnaga, milímetros cuadrados.
Por supuesto, para poder comparar, se introdujeron sistemas de medición unificados. Pero se les puede reducir cualquier valor, a menos que, por supuesto, te equivoques con el número de ceros.
Asociado con estos conceptos también está la magnitud de la transmitancia direccional. Determina la cantidad y el tipo de luz que pasa a través del vidrio. Este concepto no se encuentra en los libros de texto de física. Está oculto en las especificaciones y normas de los fabricantes de ventanas.
La ley de conservación de la energía
Esta ley es la razón por la cual la existencia de una máquina de movimiento perpetuo y una piedra filosofal es imposible. Pero hay agua y molinos de viento. La ley dice que la energía no viene de la nada y no se disuelve sin dejar rastro. La luz que cae sobre un obstáculo no es una excepción. Del significado físico de la transmitancia no se sigue que, dado que parte de la luz no atravesó el material, se evaporó. De hecho, el haz incidente es igual a la suma de la luz absorbida, dispersada, reflejada y transmitida. Por lo tanto, la suma de estos coeficientes para una sustancia dada debe ser igual a uno.
En general, la ley de conservación de la energía se puede aplicar a todas las áreas de la física. En los problemas escolares, a menudo sucede que la cuerda no se estira, el pasador no se calienta y no hay fricción en el sistema. Pero en realidad esto es imposible. Además, siempre vale la pena recordar que la gente sabeNo todo. Por ejemplo, en la desintegración beta, se perdió parte de la energía. Los científicos no entendieron a dónde fue. El propio Niels Bohr sugirió que la ley de conservación podría no cumplirse a este nivel.
Pero luego se descubrió una partícula elemental muy pequeña y astuta: el neutrino leptón. Y todo encajó. Entonces, si el lector, al resolver un problema, no entiende a dónde va la energía, entonces debemos recordar: a veces la respuesta es simplemente desconocida.
Aplicación de las leyes de transmisión y refracción de la luz
Un poco más arriba dijimos que todos estos coeficientes dependen de qué sustancia se interpone en el camino del haz de radiación electromagnética. Pero este hecho también se puede utilizar a la inversa. Tomar el espectro de transmisión es una de las formas más simples y efectivas de conocer las propiedades de una sustancia. ¿Por qué es tan bueno este método?
Es menos preciso que otros métodos ópticos. Se puede aprender mucho más haciendo que una sustancia emita luz. Pero esta es la principal ventaja del método de transmisión óptica: no es necesario obligar a nadie a hacer nada. No es necesario calentar, quemar o irradiar la sustancia con un láser. No se requieren sistemas complejos de lentes ópticos y prismas ya que el haz de luz pasa directamente a través de la muestra en estudio.
Además, este método no es invasivo ni destructivo. La muestra permanece en su forma y condición original. Esto es importante cuando la sustancia es escasa o cuando es única. Estamos seguros de que no vale la pena quemar el anillo de Tutankamón,para saber con mayor precisión la composición del esm alte que tiene.
