Espesor óptico

El espesor óptico , también llamado profundidad óptica , es una medida adimensional de qué tan bien un medio físico permite que pasen las ondas electromagnéticas : ${\ Displaystyle \ tau}$

Al atravesar una capa de material (por ejemplo, la atmósfera ) con un espesor óptico = 1, la densidad de radiación cae a 1 / e veces (≈ 37%). ${\ Displaystyle \ tau}$
para el caso ≫ 1 se habla de ópticamente grueso ${\ Displaystyle \ tau}$
para el caso ≪ 1 de ópticamente delgado . ${\ Displaystyle \ tau}$

El espesor óptico de un material es diferente para diferentes frecuencias . Se calcula integrando el coeficiente de absorción sobre la trayectoria de la luz que debe cubrir la radiación: ${\ Displaystyle f}$ ${\ Displaystyle a}$ ${\ Displaystyle d}$

{\ Displaystyle \ tau (f) = \ int _ {0} ^ {d} a (x, f) \ mathrm {d} x}

En un medio que se supone homogéneo , todo se simplifica a una multiplicación:

{\ Displaystyle \ tau = C_ {i} \ cdot \ sigma \ cdot d}

Con

la densidad de partículas ${\ Displaystyle C_ {i}}$
la sección transversal de la energía en cuestión . ${\ Displaystyle \ sigma}$

Espesor óptico de la atmósfera

determinación

El espesor óptico de la atmósfera se incluye en la transmisividad de la atmósfera como coeficiente de extinción . Esto se calcula para una determinada longitud de onda de acuerdo con la ley de Lambert-Beer : ${\ Displaystyle \ tau}$ ${\ Displaystyle T}$

{\ Displaystyle T = {\ frac {I} {I_ {0}}} = e ^ {- \ tau \ cdot m}}

Con

la intensidad de la radiación solar en la longitud de onda observada en el suelo ${\ Displaystyle I}$
la radiación solar exatmosférica ( constante solar ) ${\ Displaystyle I_ {0}}$
la masa atmosférica , es decir , la distancia a través de la atmósfera como un múltiplo de la distancia más corta posible a la irradiación cenital ( es el ángulo cenital solar ). ${\ Displaystyle m = 1 / \ cos \ Theta _ {z}}$ ${\ Displaystyle \ Theta _ {z}}$

Debido a la masa atmosférica, la transmisividad depende de la posición del sol , i. Es decir, cambia a lo largo del día, incluso si las condiciones atmosféricas siguen siendo las mismas. Por el contrario, el espesor óptico de la atmósfera no depende de la posición del sol; se puede medir con un fotómetro .

Componentes

El espesor óptico de la atmósfera se compone de forma aditiva:

{\ Displaystyle \ tau = \ tau _ {\ text {Gas}} + \ tau _ {R} + \ tau _ {A}}

Describirlo

el espesor óptico del gas la absorción en los gases atmosféricos (especialmente ozono , oxígeno y vapor de agua ), pero solo en los rangos de longitud de onda de las bandas de absorción de los gases. El espesor óptico de los gases atmosféricos (excepto el vapor de agua) es prácticamente constante y se puede encontrar en tablas. ${\ Displaystyle \ tau _ {\ text {Gas}}}$ ${\ Displaystyle \ lambda}$
el espesor óptico de Rayleigh es la extinción causada por la dispersión de Rayleigh de las moléculas de aire ${\ Displaystyle \ tau _ {R} (\ lambda) = 0 {,} 008735 \ cdot \ lambda ^ {- 4 {,} 085}}$
el espesor óptico del aerosol la dispersión de Mie en partículas más grandes ( aerosoles ). Se puede determinar a partir de los otros componentes (medidos o buscados): ${\ Displaystyle \ tau _ {A}}$

{\ Displaystyle \ Leftrightarrow \ tau _ {A} = \ tau - \ tau _ {R} - \ tau _ {\ text {Gas}}}

Para un desglose más detallado, consulte la ley de Lambert-Beer, percepción remota (atmósfera) .

literatura

Harry Nussbaumer, Hans Martin Schmid: Astronomía . vdf Hochschulverlag AG, 2003, ISBN 3-7281-2910-0 , pág. 84–90 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).

enlaces web

Andreas Roesch: Densidad óptica a microescala de una nube (PDF; 5,1 MB). ETH Zurich, charla sobre microclimatología WS 2005/06.
Árbol de Henning Budde: mediciones del fotómetro solar . Uni-Trier, 13 de mayo de 2008 - 7 de abril de 2009, págs. 3-5.

Evidencia individual

↑ Detlev Möller: Aire: química, física, biología, limpieza, derecho . Walter de Gruyter, 2003, ISBN 978-3-11-016431-2 , pág. 220 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).
↑ ^a^b Peter Kurzweil: El léxico de la fórmula de Vieweg: conocimientos básicos para ingenieros, científicos naturales y profesionales médicos . Vieweg + Teubner, 2002, ISBN 3-528-03950-7 , págs. 275 .

[1] Detlev Möller: Aire: química, física, biología, limpieza, derecho . Walter de Gruyter, 2003, ISBN 978-3-11-016431-2 , pág. 220 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).

[Vieweg2002-2] Peter Kurzweil: El léxico de la fórmula de Vieweg: conocimientos básicos para ingenieros, científicos naturales y profesionales médicos . Vieweg + Teubner, 2002, ISBN 3-528-03950-7 , págs. 275 .

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