El índice de refracción del agua a 20 ° C para la luz visible es 1,33. [1] El índice de refracción del hielo normal es 1,31 (de la Lista de índices de refracción ). En general, un índice de refracción es un número complejo con partes reales e imaginarias, donde esta última indica la fuerza de la pérdida por absorción a una longitud de onda particular. En la parte visible del espectro electromagnético, la parte imaginaria del índice de refracción es muy pequeña. Sin embargo, el agua y el hielo se absorben en el infrarrojo y cierran la ventana atmosférica infrarroja, lo que contribuye al efecto invernadero.
El espectro de absorción del agua pura se utiliza en numerosas aplicaciones, incluida la dispersión de la luz y la absorción por los cristales de hielo y las gotas de agua de las nubes , las teorías del arco iris , la determinación del albedo de dispersión simple , el color del océano y muchas otras.
Descripción cuantitativa del índice de refracción
En las longitudes de onda de 0,2 μm a 1,2 μm, y en temperaturas de -12 ° C a 500 ° C, la parte real del índice de refracción del agua se puede calcular mediante la siguiente expresión empírica: [2]
Dónde:
- ,
- , y
y las constantes apropiadas son = 0,244257733, = 0,00974634476, = −0,00373234996, = 0.000268678472, = 0,0015892057, = 0,00245934259, = 0,90070492, = −0,0166626219, = 273,15 K,= 1000 kg / m 3 , = 589 nm, = 5,432937, y = 0,229202.
En la expresión anterior, T es la temperatura absoluta del agua (en K), es la longitud de onda de la luz en nm, es la densidad del agua en kg / m 3 , y n es la parte real del índice de refracción del agua.
Masa volumétrica de agua
En la fórmula anterior, la densidad del agua también varía con la temperatura y se define por: [3] [4]
con:
- = −3,983035 ° C
- = 301,797 ° C
- = 522528,9 ° C 2
- = 69,34881 ° C
- = 999,974950 kg / m 3
Índice de refracción (partes reales e imaginarias) para agua líquida
Longitud de onda (μm) | Número de onda (cm −1 ) | Frecuencia (THz) | norte | k | α '(cm −1 ) |
---|---|---|---|---|---|
0,200 | 5,00 × 10 4 | 1,50 × 10 3 | 1.396 | 1,1 × 10 −7 | 0,069 |
0,225 | 4,44 × 10 4 | 1,33 × 10 3 | 1.373 | 4,9 × 10 −8 | 0,027 |
0,250 | 4,00 × 10 4 | 1,20 × 10 3 | 1.362 | 3,35 × 10 −8 | 0.0168 |
0,275 | 3,64 × 10 4 | 1,09 × 10 3 | 1.354 | 2,35 × 10 −8 | 0.0107 |
0.300 | 3,33 × 10 4 | 999 | 1.349 | 1,6 × 10 −8 | 6,7 × 10 −3 |
0.325 | 3,08 × 10 4 | 922 | 1.346 | 1,08 × 10 −8 | 4,18 × 10 −3 |
0.350 | 2,86 × 10 4 | 857 | 1.343 | 6,5 × 10 −9 | 2,3 × 10 −3 |
0.375 | 2,67 × 10 4 | 799 | 1.341 | 3,5 × 10 −9 | 1,2 × 10 −3 |
0.400 | 2,50 × 10 4 | 749 | 1.339 | 1,86 × 10 −9 | 5,84 × 10 −4 |
0,425 | 2,35 × 10 4 | 705 | 1.338 | 1,3 × 10 −9 | 3,8 × 10 −4 |
0.450 | 2,22 × 10 4 | 666 | 1.337 | 1,02 × 10 −9 | 2,85 × 10 −4 |
0.475 | 2,11 × 10 4 | 631 | 1.336 | 9,35 × 10 −10 | 2,47 × 10 −4 |
0.500 | 2,00 × 10 4 | 600 | 1.335 | 1,00 × 10 −9 | 2,51 × 10 −4 |
0.525 | 1,90 × 10 4 | 571 | 1.334 | 1,32 × 10 −9 | 3,16 × 10 −4 |
0.550 | 1,82 × 10 4 | 545 | 1.333 | 1,96 × 10 −9 | 4,48 × 10 −4 |
0.575 | 1,74 × 10 4 | 521 | 1.333 | 3,60 × 10 −9 | 7,87 × 10 −4 |
0,600 | 1,67 × 10 4 | 500 | 1.332 | 1,09 × 10 −8 | 2,28 × 10 −3 |
0,625 | 1,60 × 10 4 | 480 | 1.332 | 1,39 × 10 −8 | 2,79 × 10 −3 |
0,650 | 1,54 × 10 4 | 461 | 1.331 | 1,64 × 10 −8 | 3,17 × 10 −3 |
0,675 | 1,48 × 10 4 | 444 | 1.331 | 2,23 × 10 −8 | 4,15 × 10 −3 |
0,700 | 1,43 × 10 4 | 428 | 1.331 | 3,35 × 10 −8 | 6,01 × 10 −3 |
0,725 | 1,38 × 10 4 | 414 | 1.330 | 9,15 × 10 −8 | 0.0159 |
0,750 | 1,33 × 10 4 | 400 | 1.330 | 1,56 × 10 −7 | 0.0261 |
0,775 | 1,29 × 10 4 | 387 | 1.330 | 1,48 × 10 −7 | 0.0240 |
0,800 | 1,25 × 10 4 | 375 | 1.329 | 1,25 × 10 −7 | 0.0196 |
0,825 | 1,21 × 10 4 | 363 | 1.329 | 1,82 × 10 −7 | 0.0282 |
0,850 | 1,18 × 10 4 | 353 | 1.329 | 2,93 × 10 −7 | 0.0433 |
0,875 | 1,14 × 10 4 | 343 | 1.328 | 3,91 × 10 −7 | 0.0562 |
0.900 | 1,11 × 10 4 | 333 | 1.328 | 4,86 × 10 −7 | 0.0679 |
0,925 | 1.08 × 10 4 | 324 | 1.328 | 1,06 × 10 −6 | 0,144 |
0,950 | 1,05 × 10 4 | 316 | 1.327 | 2,93 × 10 −6 | 0.388 |
0,975 | 1.03 × 10 4 | 307 | 1.327 | 3,48 × 10 −6 | 0,449 |
1.0 | 1.0 × 10 4 | 300 | 1.327 | 2,89 × 10 −6 | 0,36 |
1.2 | 8300 | 250 | 1.324 | 9,89 × 10 −6 | 1.0 |
1.4 | 7100 | 210 | 1.321 | 1,38 × 10 −4 | 12 |
1,6 | 6200 | 190 | 1.317 | 8,55 × 10 −5 | 6,7 |
1.8 | 5600 | 170 | 1.312 | 1,15 × 10 −4 | 8.0 |
2.0 | 5000 | 150 | 1.306 | 1,1 × 10 −3 | 69 |
2.2 | 4500 | 136 | 1.296 | 2,89 × 10 −4 | 17 |
2.4 | 4200 | 125 | 1.279 | 9,56 × 10 −4 | 50. |
2.6 | 3800 | 115 | 1.242 | 3,17 × 10 −3 | 150 |
2,65 | 3770 | 113 | 1.219 | 6,7 × 10 −5 | 318 |
2,70 | 3700 | 111 | 1,188 | 0,019 | 880 |
2,75 | 3640 | 109 | 1,157 | 0,059 | 2700 |
2,80 | 3570 | 107 | 1,142 | 0,115 | 5160 |
2,85 | 3510 | 105 | 1,149 | 0,185 | 8160 |
2,90 | 3450 | 103 | 1.201 | 0,268 | 11600 |
2,95 | 3390 | 102 | 1.292 | 0,298 | 12700 |
3,00 | 3330 | 100. | 1.371 | 0,272 | 11400 |
3,05 | 3280 | 98,3 | 1.426 | 0,240 | 9990 |
3.10 | 3230 | 96,7 | 1,467 | 0,192 | 7780 |
3,15 | 3170 | 95,2 | 1.483 | 0,135 | 5390 |
3,20 | 3120 | 93,7 | 1,478 | 0.0924 | 3630 |
3,25 | 3080 | 92,2 | 1,467 | 0.0610 | 2360 |
3.30 | 3030 | 90,8 | 1.450 | 0.0368 | 1400 |
3.35 | 2990 | 89,5 | 1.432 | 0.0261 | 979 |
3,40 | 2940 | 88,2 | 1.420 | 0.0195 | 721 |
3,45 | 2900 | 86,9 | 1.410 | 0.0132 | 481 |
3,50 | 2860 | 85,7 | 1.400 | 0,0094 | 340 |
3.6 | 2780 | 83 | 1.385 | 0,00515 | 180 |
3,7 | 2700 | 81 | 1.374 | 0,00360 | 120 |
3.8 | 2630 | 79 | 1.364 | 0,00340 | 110 |
3.9 | 2560 | 77 | 1.357 | 0,00380 | 120 |
4.0 | 2500 | 75 | 1.351 | 0,00460 | 140 |
4.1 | 2440 | 73 | 1.346 | 0,00562 | 170 |
4.2 | 2380 | 71 | 1.342 | 0,00688 | 210 |
4.3 | 2330 | 70. | 1.338 | 0,00845 | 250 |
4.4 | 2270 | 69 | 1.334 | 0.0103 | 290 |
4.5 | 2220 | 67 | 1.332 | 0.0134 | 370 |
4.6 | 2170 | sesenta y cinco | 1.330 | 0.0147 | 400 |
4,7 | 2130 | 64 | 1.330 | 0.0157 | 420 |
4.8 | 2080 | 62 | 1.330 | 0.0150 | 390 |
4.9 | 2040 | 61 | 1.328 | 0.0137 | 350 |
5,0 | 2000 | 60. | 1.325 | 0.0124 | 310 |
5.1 | 1960 | 59 | 1.322 | 0.0111 | 270 |
5.2 | 1920 | 58 | 1.317 | 0.0101 | 240 |
5.3 | 1890 | 57 | 1.312 | 0,0098 | 230 |
5.4 | 1850 | 56 | 1.305 | 0.0103 | 240 |
5.5 | 1820 | 55 | 1.298 | 0.0116 | 380 |
5,6 | 1790 | 54 | 1.289 | 0.0142 | 320 |
5.7 | 1750 | 53 | 1.277 | 0.0203 | 450 |
5.8 | 1720 | 52 | 1.262 | 0.0330 | 710 |
5.9 | 1690 | 51 | 1,248 | 0.0622 | 1300 |
6.0 | 1670 | 50. | 1.265 | 0.107 | 2200 |
6.1 | 1640 | 49 | 1.319 | 0.131 | 2700 |
6.2 | 1610 | 48,4 | 1.363 | 0.0880 | 1800 |
6.3 | 1590 | 47,6 | 1.357 | 0.0570 | 1100 |
6.4 | 1560 | 46,8 | 1.347 | 0.0449 | 880 |
6.5 | 1540 | 46,1 | 1.339 | 0.0392 | 760 |
6.6 | 1520 | 45,4 | 1.334 | 0.0356 | 680 |
6,7 | 1490 | 44,7 | 1.329 | 0.0337 | 630 |
6,8 | 1470 | 44,1 | 1.324 | 0.0327 | 600 |
6,9 | 1450 | 43,4 | 1.321 | 0.0322 | 590 |
7.0 | 1430 | 42,8 | 1.317 | 0.0320 | 570 |
El índice de refracción total del agua se da como m = n + ik . El coeficiente de absorción α 'se usa en la ley de Beer-Lambert, donde el primo significa la convención base e . Los valores son para agua a 25 ° C y se obtuvieron a través de varias fuentes en la revisión de la literatura citada. [5]
Ver también
Notas
- ↑ Lide, David R. (19 de junio de 2003). Manual CRC de Química y Física, 84ª edición . Manual de CRC . Prensa CRC . 8 — Propiedades concentrativas de las soluciones acuosas: densidad, índice de refracción, depresión del punto de congelación y viscosidad. ISBN 9780849304842.
- ^ Asociación Internacional de las Propiedades del Agua y el Vapor (septiembre de 1997). Publicación sobre el índice de refracción de una sustancia de agua común en función de la longitud de onda, la temperatura y la presión (IAPWS R9-97) (PDF) (Informe) . Consultado el 8 de octubre de 2008 .
- ^ https://metgen.pagesperso-orange.fr/metrologiefr19.htm
- ^ https://www.econology.info/masse-volumique-eau-temperature/
- ^ Hale, George; Querry, Marvin (1 de marzo de 1973). "Constantes ópticas del agua en la región de longitud de onda de 200 nm a 200 μm" . Óptica aplicada . Sociedad Óptica de América . 12 (3): 555–563. Código bibliográfico : 1973ApOpt..12..555H . doi : 10.1364 / AO.12.000555 . PMID 20125343 . Consultado el 8 de enero de 2014 .
Referencias
- RM Pope y ES Fry, espectro de absorción (380-700 nm) de agua pura. II. Integración de medidas de cavidad, Appl. Opt., 36, 8710-8723, 1997.
- Mobley, Curtis D., Luz y agua: transferencia radiativa en aguas naturales; basado en parte en colaboraciones con Rudolph W. Preisendorfer, San Diego, Academic Press, 1994, 592 p., ISBN 0-12-502750-8