पानी और बर्फ के प्रकाशिक गुणधर्म

दृश्यता प्रकाश के लिए 20°C पर पानी का अपवर्तनांक 1.33 होता है।^[1] सामान्य बर्फ का अपवर्तक सूचकांक 1.31 है (अपवर्तक सूचकांकों की सूची से)। सामान्य तौर पर, अपवर्तन का एक सूचकांक वास्तविक और काल्पनिक भागों के साथ एक जटिल संख्या है, जहां उत्तरार्द्ध एक विशेष तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण हानि की ताकत को इंगित करता है। विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के दृश्य भाग में, अपवर्तक सूचकांक का काल्पनिक भाग बहुत छोटा होता है। हालाँकि, पानी और बर्फ अवरक्त को अवशोषित करते हैं और अवरक्त वायुमंडलीय गवाक्ष को बंद कर देते हैं जिससे ग्रीनहाउस प्रभाव में योगदान होता है ...

शुद्ध पानी के अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें बर्फ के क्रिस्टल और बादल की पानी की बूंदों द्वारा प्रकाश का बिखराव और अवशोषण, इंद्रधनुष के सिद्धांत, एकल-बिखरने वाले अल्बेडो का निर्धारण, समुद्र का रंग और कई अन्य सम्मिलित हैं।

अपवर्तन सूचकांक का मात्रात्मक विवरण

तरंग दैर्ध्य पर 0.2 μm से 1.2 μm तक, और -12 °C से 500 °C के तापमान पर, पानी के अपवर्तन के सूचकांक का वास्तविक भाग निम्नलिखित अनुभवजन्य अभिव्यक्ति द्वारा गणना किया जा सकता है:^[2]

{\frac {n^{2}-1}{n^{2}+2}}(1/{\overline {\rho }})=a_{0}+a_{1}{\overline {\rho }}+a_{2}{\overline {T}}+a_{3}{\overline {\lambda }}^{2}{\overline {T}}+{\frac {a_{4}}{{\overline {\lambda }}^{2}}}+{\frac {a_{5}}{{\overline {\lambda }}^{2}-{\overline {\lambda }}_{\mathit {UV}}^{2}}}+{\frac {a_{6}}{{\overline {\lambda }}^{2}-{\overline {\lambda }}_{\mathit {IR}}^{2}}}+a_{7}{\overline {\rho }}^{2}

जहाँ:

{\overline {T}}={\frac {T}{T^{\text{*}}}}

,

{\overline {\rho }}={\frac {\rho }{\rho ^{\text{*}}}}

, और

{\overline {\lambda }}={\frac {\lambda }{\lambda ^{\text{*}}}}

और उचित स्थिरांक हैं $a_{0}$ = 0.244257733, $a_{1}$ = 0.00974634476, $a_{2}$ = −0.00373234996, $a_{3}$ = 0.000268678472, $a_{4}$ = 0.0015892057, $a_{5}$ = 0.00245934259, $a_{6}$ = 0.90070492, $a_{7}$ = −0.0166626219, $T^{*}$ = 273.15 K, $\rho ^{*}$ = 1000 kg/m³, $\lambda ^{*}$ = 589 nm, ${\overline {\lambda }}_{\text{IR}}$ = 5.432937, and ${\overline {\lambda }}_{\text{UV}}$ = 0.229202.

उपरोक्त व्यंजक में, T पानी का पूर्ण तापमान है (K में), $\lambda$ एनएम (nm) में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है, $\rho$ पानी का घनत्व kg/m3 में है, और n पानी के अपवर्तन के सूचकांक का वास्तविक भाग है।

पानी का आयतन द्रव्यमान

उपरोक्त सूत्र में, पानी का घनत्व भी तापमान के साथ बदलता रहता है और इसे निम्न द्वारा परिभाषित किया जाता है:^[3]^[4]

$\rho (t)=a_{5}\left(1-{\frac {(t+a_{1})^{2}(t+a_{2})}{a_{3}(t+a_{4})}}\right)$

साथ:

$a_{1}$ = -3.983035 °C
$a_{2}$ = 301.797 °C
$a_{3}$ = 522528.9 °C²
$a_{4}$ = 69.34881 °C
$a_{5}$ = 999.974950 kg / m³

तरल पानी के लिए द्रव सूचकांक (वास्तविक और काल्पनिक भाग)

द्रव पानी का अपवर्तक सूचकांक
तरंग दैर्ध्य (μm)	तरंग संख्या (cm⁻¹)	आवृत्ति (THz)	n	k	α' (cm⁻¹)
0.200	5.00×10⁴	1.50×10³	1.396	1.1×10⁻⁷	0.069
0.225	4.44×10⁴	1.33×10³	1.373	4.9×10⁻⁸	0.027
0.250	4.00×10⁴	1.20×10³	1.362	3.35×10⁻⁸	0.0168
0.275	3.64×10⁴	1.09×10³	1.354	2.35×10⁻⁸	0.0107
0.300	3.33×10⁴	999	1.349	1.6×10⁻⁸	6.7×10⁻³
0.325	3.08×10⁴	922	1.346	1.08×10⁻⁸	4.18×10⁻³
0.350	2.86×10⁴	857	1.343	6.5×10⁻⁹	2.3×10⁻³
0.375	2.67×10⁴	799	1.341	3.5×10⁻⁹	1.2×10⁻³
0.400	2.50×10⁴	749	1.339	1.86×10⁻⁹	5.84×10⁻⁴
0.425	2.35×10⁴	705	1.338	1.3×10⁻⁹	3.8×10⁻⁴
0.450	2.22×10⁴	666	1.337	1.02×10⁻⁹	2.85×10⁻⁴
0.475	2.11×10⁴	631	1.336	9.35×10⁻¹⁰	2.47×10⁻⁴
0.500	2.00×10⁴	600	1.335	1.00×10⁻⁹	2.51×10⁻⁴
0.525	1.90×10⁴	571	1.334	1.32×10⁻⁹	3.16×10⁻⁴
0.550	1.82×10⁴	545	1.333	1.96×10⁻⁹	4.48×10⁻⁴
0.575	1.74×10⁴	521	1.333	3.60×10⁻⁹	7.87×10⁻⁴
0.600	1.67×10⁴	500	1.332	1.09×10⁻⁸	2.28×10⁻³
0.625	1.60×10⁴	480	1.332	1.39×10⁻⁸	2.79×10⁻³
0.650	1.54×10⁴	461	1.331	1.64×10⁻⁸	3.17×10⁻³
0.675	1.48×10⁴	444	1.331	2.23×10⁻⁸	4.15×10⁻³
0.700	1.43×10⁴	428	1.331	3.35×10⁻⁸	6.01×10⁻³
0.725	1.38×10⁴	414	1.330	9.15×10⁻⁸	0.0159
0.750	1.33×10⁴	400	1.330	1.56×10⁻⁷	0.0261
0.775	1.29×10⁴	387	1.330	1.48×10⁻⁷	0.0240
0.800	1.25×10⁴	375	1.329	1.25×10⁻⁷	0.0196
0.825	1.21×10⁴	363	1.329	1.82×10⁻⁷	0.0282
0.850	1.18×10⁴	353	1.329	2.93×10⁻⁷	0.0433
0.875	1.14×10⁴	343	1.328	3.91×10⁻⁷	0.0562
0.900	1.11×10⁴	333	1.328	4.86×10⁻⁷	0.0679
0.925	1.08×10⁴	324	1.328	1.06×10⁻⁶	0.144
0.950	1.05×10⁴	316	1.327	2.93×10⁻⁶	0.388
0.975	1.03×10⁴	307	1.327	3.48×10⁻⁶	0.449
1.0	1.0×10⁴	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	65	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

पानी का कुल अपवर्तक सूचकांक m = n + ik के रूप में दिया गया है। अवशोषण गुणांक α' का उपयोग बीयर-लैंबर्ट कानून में किया जाता है, यहां प्रधान आधार E सभागम को दर्शाता है। मान 25 °C पर पानी के लिए हैं, और उद्धृत साहित्य समीक्षा में विभिन्न स्रोतों के माध्यम से प्राप्त किए गए थे।^[5]

यह भी देखें

अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण)
वायुमंडलीय विकिरण अंतरण कोड
पानी का रंग
पानी द्वारा विद्युत चुम्बकीय अवशोषण
समुद्र का रंग
महासागर प्रकाशिकी
अपवर्तक सूचकांकों की सूची

↑ Lide, David R. (2003-06-19). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition. CRC Handbook (in English). CRC Press. 8—Concentrative Properties of Aqueous Solutions: Density, Refractive Index, Freezing Point Depression, and Viscosity. ISBN 9780849304842.
↑ The International Association for the Properties of Water and Steam (September 1997). Release on the Refractive Index of Ordinary Water Substance as a Function of Wavelength, Temperature, and Pressure (IAPWS R9-97) (PDF) (Report). Retrieved 2008-10-08.
↑ "Calcul de la masse volumique de l'EAU".
↑ "पानी और तापमान का घनत्व - भौतिक विज्ञान, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान". 10 February 2009.
↑ Hale, George; Querry, Marvin (1 March 1973). "Optical Constants of Water in the 200-nm to 200μm Wavelength Region". Applied Optics. Optical Society of America. 12 (3): 555–563. Bibcode:1973ApOpt..12..555H. doi:10.1364/AO.12.000555. PMID 20125343. Retrieved 8 January 2014.

संदर्भ

R. M. Pope and E. S. Fry, Absorption spectrum (380-700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements, Appl. Opt., 36, 8710-8723, 1997.
Mobley, Curtis D., Light and water: radiative transfer in natural waters; based in part on collaborations with Rudolph W. Preisendorfer, San Diego, Academic Press, 1994, 592 p., ISBN 0-12-502750-8

[1] Lide, David R. (2003-06-19). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition. CRC Handbook (in English). CRC Press. 8—Concentrative Properties of Aqueous Solutions: Density, Refractive Index, Freezing Point Depression, and Viscosity. ISBN 9780849304842.

[2] The International Association for the Properties of Water and Steam (September 1997). Release on the Refractive Index of Ordinary Water Substance as a Function of Wavelength, Temperature, and Pressure (IAPWS R9-97) (PDF) (Report). Retrieved 2008-10-08.

[3] "Calcul de la masse volumique de l'EAU".

[4] "पानी और तापमान का घनत्व - भौतिक विज्ञान, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान". 10 February 2009.

[5] Hale, George; Querry, Marvin (1 March 1973). "Optical Constants of Water in the 200-nm to 200μm Wavelength Region". Applied Optics. Optical Society of America. 12 (3): 555–563. Bibcode:1973ApOpt..12..555H. doi:10.1364/AO.12.000555. PMID 20125343. Retrieved 8 January 2014.

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