Absorción (radiación electromagnética)

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Una descripción general de la absorción de radiación electromagnética . Este ejemplo analiza el principio general utilizando la luz visible como un ejemplo específico. Una fuente de luz blanca , que emite luz de múltiples longitudes de onda , se enfoca en una muestra (los pares de colores complementarios se indican mediante líneas de puntos amarillas). Al golpear la muestra, se absorben fotones que coinciden con la brecha de energía de las moléculas presentes (luz verde en este ejemplo)., excitando las moléculas. Otros fotones se transmiten sin verse afectados y, si la radiación está en la región visible (400-700 nm), la luz transmitida aparece como el color complementario (aquí rojo). Al registrar la atenuación de la luz para varias longitudes de onda, se puede obtener un espectro de absorción .

En física , la absorción de radiación electromagnética es la forma en que la materia (típicamente electrones unidos en átomos ) toma la energía de un fotón , y así transforma la energía electromagnética en energía interna del absorbedor (por ejemplo, energía térmica ). ^[1] Un efecto notable es la atenuación , o la reducción gradual de la intensidad de las ondas de luz a medida que se propagan.a través de un medio. Aunque la absorción de ondas no suele depender de su intensidad (absorción lineal), en determinadas condiciones ( óptica ) la transparencia del medio cambia por un factor que varía en función de la intensidad de onda, y se produce una absorción saturable (o absorción no lineal).

Cuantificando la absorción

Muchos enfoques pueden potencialmente cuantificar la absorción de radiación, con ejemplos clave a continuación.

El coeficiente de absorción junto con algunas cantidades derivadas estrechamente relacionadas
El coeficiente de atenuación (NB se usa con poca frecuencia con el significado de "coeficiente de absorción") ^{[ cita requerida ]}
El coeficiente de atenuación molar (también llamado "absortividad molar"), que es el coeficiente de absorción dividido por la molaridad (ver también la ley de Beer-Lambert )
El coeficiente de atenuación de masa (también llamado "coeficiente de extinción de masa"), que es el coeficiente de absorción dividido por la densidad.
La sección transversal de absorción y la sección transversal de dispersión , relacionadas estrechamente con los coeficientes de absorción y atenuación, respectivamente.
"Extinción" en astronomía , que equivale al coeficiente de atenuación
Otras medidas de la absorción de la radiación, incluyendo la profundidad de penetración y efecto de la piel , constante de propagación , constante de atenuación , constante de fase , y complejo de número de onda , índice de refracción complejo y coeficiente de extinción , la constante dieléctrica compleja , resistividad .
Medidas relacionadas, incluida la absorbancia (también llamada "densidad óptica") y la profundidad óptica (también llamada "espesor óptico")

Todas estas cantidades miden, al menos hasta cierto punto, qué tan bien un medio absorbe la radiación. El que utilizan los profesionales varía según el campo y la técnica, a menudo debido simplemente a la convención.

Medición de la absorción

La absorbancia de un objeto cuantifica la cantidad de luz incidente que absorbe (en lugar de ser reflejada o refractada ). Esto puede estar relacionado con otras propiedades del objeto a través de la ley de Beer-Lambert .

Las mediciones precisas de la absorbancia en muchas longitudes de onda permiten la identificación de una sustancia mediante espectroscopía de absorción , donde una muestra se ilumina desde un lado y se mide la intensidad de la luz que sale de la muestra en todas las direcciones. Unos pocos ejemplos de absorción son espectroscopia ultravioleta-visible , espectroscopía de infrarrojos , y la espectroscopia de absorción de rayos X .

Aplicaciones

Gráfica aproximada de la transmitancia (u opacidad) atmosférica de la Tierra a varias longitudes de onda de radiación electromagnética, incluida la luz visible

Comprender y medir la absorción de radiación electromagnética tiene una variedad de aplicaciones.

En la propagación por radio , se representa en la propagación sin visibilidad directa . Por ejemplo, consulte el cálculo de la atenuación de ondas de radio en la atmósfera utilizado en el diseño de enlaces por satélite.
En meteorología y climatología , las temperaturas globales y locales dependen en parte de la absorción de radiación por los gases atmosféricos (como en el efecto invernadero ) y las superficies terrestres y oceánicas (ver albedo ).
En medicina , los rayos X son absorbidos en diferentes grados por diferentes tejidos ( hueso , en particular), que es la base para la formación de imágenes de rayos X .
En química y ciencia de materiales , diferentes materiales y moléculas absorben radiación en diferentes grados a diferentes frecuencias, lo que permite la identificación de materiales.
En óptica , gafas de sol, filtros de colores, tintes y otros materiales similares están diseñados específicamente con respecto a las longitudes de onda visibles que absorben y en qué proporciones se encuentran.
En biología , los organismos fotosintéticos requieren que la luz de las longitudes de onda adecuadas se absorba dentro del área activa de los cloroplastos , de modo que la energía de la luz se pueda convertir en energía química dentro de los azúcares y otras moléculas.
En física , se sabe que la región D de la ionosfera de la Tierra absorbe significativamente las señales de radio que se encuentran dentro del espectro electromagnético de alta frecuencia.
En física nuclear, la absorción de radiaciones nucleares se puede utilizar para medir los niveles de fluidos, densitometría o mediciones de espesores. ^[2]

Ver también

Materiales absorbentes
Espectroscopía de absorción
Albedo
Atenuación
Absorción electromagnética por agua
Absorción de iones hidroxilo
Optoelectrónica
Efecto fotoeléctrico
Fotosíntesis
Célula solar
Línea espectral
Espectroscopia de absorción total
Espectroscopia ultravioleta-visible

Referencias

^ Oeste, William. "Absorción de radiación electromagnética" . AccessScience . McGraw-Hill. doi : 10.1036 / 1097-8542.001600 . Consultado el 8 de abril de 2013 .
^ M. Falahati; et al. (2018). "Diseño, modelado y construcción de un medidor nuclear continuo para medir los niveles de fluidos". Revista de instrumentación . 13 (2): P02028. Código bibliográfico : 2018JInst..13P2028F . doi : 10.1088 / 1748-0221 / 13/02 / P02028 .

Thomas, Michael E. (enero de 2006). Propagación óptica en medios lineales: partículas y gases atmosféricos, componentes de estado sólido y agua . Propagación óptica en medios lineales: gases y partículas atmosféricas . Oxford University Press, Estados Unidos. págs. 3 ... (Capítulo 1, 2, 7). Bibcode : 2006oplm.book ..... T . ISBN 978-0-19-509161-8.
ProfHoff, Ken Mellendorf; Vince Calder (noviembre de 2010). "Reflexión y absorción" . Archivo de física: pregúntele a un científico . Laboratorio Nacional Argonne . Archivado desde el original el 21 de noviembre de 2010 . Consultado el 14 de noviembre de 2010 .

[1] Oeste, William. "Absorción de radiación electromagnética" . AccessScience . McGraw-Hill. doi : 10.1036 / 1097-8542.001600 . Consultado el 8 de abril de 2013 .

[2] M. Falahati; et al. (2018). "Diseño, modelado y construcción de un medidor nuclear continuo para medir los niveles de fluidos". Revista de instrumentación . 13 (2): P02028. Código bibliográfico : 2018JInst..13P2028F . doi : 10.1088 / 1748-0221 / 13/02 / P02028 .

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