interacción de la radiación con la materia
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Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 1 con la materia Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía interacción de la radiación con la materia lección 3 Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 2 con la materia Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía sumario z Interacción macroscópica. z Emisividad. z Interacción atómica y molecular. interacción de la radiación 3 con la materia la conservación de la energía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z El flujo de energía Φi que incide en un objeto: se refleja: Φr. se absorbe: Φa. y/o se transmite: Φt. Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Φ r Φ a Φt + + =1 Φi Φi Φi ρ + α + τ =1 Φ r + Φ a + Φt = Φi Φr ρ= Φi reflectancia Φa α= Φi absorbancia Φt τ= Φi transmitancia Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 4 con la materia La conservación de la energía Φi = Φ a + Φ r + Φt φi Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía φr φe φa a φ tt α +ρ+ τ =1 interacción de la radiación 5 con la materia algunas particularidades Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z El cuerpo negro tiene una reflectancia y una transmitancia nulas. z En objetos suficientemente gruesos, la transmitancia es poco significativa. z Si la superficie receptora es oscura y rugosa, la reflectancia será muy pequeña. z La reflectancia en el visible se conoce con el nombre de albedo. interacción de la radiación 6 con la materia tipos de reflexión Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Si la superficie es suficientemente lisa en relación con la longitud de onda incidente, la reflexión es especular. Se cumplen las leyes de la reflexión. z Generalmente la reflexión no es especular. El grado de dispersión depende de la rugosidad de la superficie: perfectamente difusa, difusa pseudoespecular especular interacción de la radiación 7 con la materia tipos de reflexión Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía θ θ especular θ θ difusa θ θ pseudoespecular θ θ perfectamente difusa interacción de la radiación 8 con la materia direccionalidad de la medida Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Reflectancia hemisférica: Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía z medida de la reflectancia desde toda el hemisferio superior a una determinada superficie. Reflectancia direccional: medida sólo desde una dirección preferida. Es la que efectúa el satélite. interacción de la radiación 9 con la materia medida de la dispersión de la reflexión Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF): Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía define la proporción de reflexión en cada dirección proyectada del rayo reflejado sobre el plano de la superficie, en función de la dirección de incidencia: dL(θ,φ,θ′,φ′, E ) f (θ,φ,θ′,φ′) = r dE (θ,φ) Î Î Î Î Î Î θ = ángulo vertical del flujo incidente con la superficie. θ´= ángulo vertical del flujo emergente con la superficie. φ = acimut de la proyección del flujo incidente sobre la superficie. φ´= acimut de la proyección del flujo reflejado sobre la superficie. E = irradiancia. L = radiancia. Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 10 con la materia BRDF Teledetección Rayos reflejados θ' θ φ N Ingeniería Técnica en Topografía Rayo incidente φ' Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 11 con la materia emisividad z Los cuerpos reales difieren del cuerpo negro en su comportamiento emisor. z Emisividad espectral: Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía razón entre la cantidad de energía emitida por un cuerpo y la emitida por el cuerpo negro, para cada longitud de onda y temperatura. M (λ ) ε(λ ) = M n (λ ) Î M(λ) emitancia radiante espectral del cuerpo en cuestión Î Mn(λ) emitancia radiante espectral del cuerpo negro. interacción de la radiación 12 con la materia clasificación de los cuerpos Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía z En función del valor de ε, los cuerpos se pueden clasificar en: radiadores perfectos: ε(λ) = ε = 1. El cuerpo negro. cuerpos grises: 0 < ε (λ) < 1, con ε(λ) = cte. reflectores perfectos: ε(λ) = ε = 0 ε 1 cuerpo negro cuerpo gris 0 reflector perfecto λ interacción de la radiación 13 con la materia clasificación de los cuerpos Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Radiador selectivo: Su emisividad espectral es variable con la longitud de onda: Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía ε(λ) = f(λ) ε 1 cuerpo negro cuerpo gris radiador selectivo 0 reflector perfecto λ interacción de la radiación 14 con la materia signatura espectral Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Signatura o firma espectral: Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía z representación gráfica del patrón de emisividad o de reflexión de una superficie en relación con la longitud de onda. La identificación de superficies por teledetección se basa en esta propiedad. interacción de la radiación 15 con la materia signatura espectral Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 16 con la materia ley de Kirchoff Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Si τ = 0, el flujo no reflejado se absorbe y se transforma en calor. z Una vez alcanzado el equilibrio térmico: Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía φ a = φe ⎫ ⎪ dφ e ⎬ M= dA ⎪⎭ z Para el cuerpo negro: dφ a = dφe = MdA dφi = dφ an = dφen = M n dA dφ a M = dφi Mn α=ε Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 17 con la materia El balance de energía es entonces: M (λ ) = ε(λ )M n (λ ) Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía M (λ ) = α(λ )M n (λ ) ρ+ ε =1 Reflectancia y emisividad son complementarias: 9 superficies muy reflectivas son poco emisivas (nieve). 9 superficies poco reflectivas son altamente emisivas (agua). interacción de la radiación 18 con la materia interacción atómica y molecular Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Cualquier cuerpo absorbe parcialmente la energía electromagnética incidente. z La energía absorbida induce un incremento en el estado energético de la materia. z El salto energético de los electrones ΔE es: ΔE = hν interacción de la radiación 19 con la materia posición de los electrones Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz z Ecuación de onda de Schrödinger: 2 ∂ Ψ Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía ∂x 2 2 + ∂ Ψ ∂y 2 2 + ∂ Ψ ∂z 2 + 2m h 2 (E − V )Ψ = 0 9 Ψ: función de onda. 9 m: masa del electrón. 9 V: energía potencial del electrón. 9 E energía total del electrón. Ψ2 representa la probabilidad de encontrar un electrón en una determinada posición x,y,z. interacción de la radiación 20 con la materia dos principios de la mecánica cuántica Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía z z Principio de indeterminación de Heisenberg: los orbitales atómicos son funciones probabilísticas. no puede determinarse simultáneamente la posición y el momento de una partícula. Principio de exclusión de Pauli: ningún estado energético puede estar ocupado simultáneamente por más de un electrón. interacción de la radiación 21 con la materia orbitales atómicos Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz interacción de la radiación 22 con la materia orbitales 1 y 2 Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía orbitales 3 interacción de la radiación 23 con la materia Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía orbitales 4 interacción de la radiación 24 con la materia interacción de la radiación 25 con la materia el sistema periódico de los elementos Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Teledetección Ingeniería Técnica en Topografía Las posiciones se van ocupando ordenadamente según niveles energéticos.
