Součinitel útlumu - Attenuation coefficient

Lineární koeficient útlumu , koeficient útlumu , nebo úzkým paprskem koeficient útlumu charakterizuje, jak snadno objem materiálu může být proniknut paprskem světla , zvuku , částice nebo jiné energie nebo hmoty . Hodnota koeficientu, která je velká, představuje paprsek, který se při průchodu daným médiem „zeslabuje“, zatímco malá hodnota znamená, že médium mělo malý vliv na ztrátu. Jednotka SI koeficientu útlumu je reciproční metr (m −1 ). Koeficient zániku je starý termín pro toto množství, ale stále se používá v meteorologii a klimatologii . Nejčastěji veličina měří hodnotu vzdálenosti e -skládání původní intenzity směrem dolů, jak energie intenzity prochází jednotkovou (např. Jeden metr) tloušťkou materiálu, takže koeficient útlumu 1 m −1 znamená, že po při průchodu 1 metrem se záření sníží o faktor e a u materiálu s koeficientem 2 m −1 se sníží dvakrát o e nebo e 2 . Jiná opatření mohou používat jiný faktor než e , například níže uvedený koeficient dekadického útlumu . Tyto široké paprsek koeficient útlumu počítá dopředu rozptýlené záření, jak je přenášeno spíše než oslabený, a je vhodnější pro stínění proti záření .

Přehled

Koeficient útlumu popisuje, do jaké míry je sálavý tok paprsku při průchodu konkrétním materiálem snížen. Používá se v kontextu:

Koeficient útlumu se v kontextu nazývá „koeficient zániku“

Malý koeficient útlumu naznačuje, že daný materiál je relativně průhledný , zatímco vyšší hodnota označuje větší stupně neprůhlednosti . Koeficient útlumu závisí na druhu materiálu a energii záření. Obecně platí, že pro elektromagnetické záření platí, že čím vyšší je energie dopadajících fotonů a čím méně je daný materiál hustší, tím nižší bude odpovídající koeficient útlumu.

Matematické definice

Součinitel útlumu

Koeficient útlumu objemu, označený μ , je definován jako

kde

Spektrální hemisférický koeficient útlumu

Spektrální hemisférický útlumový koeficient ve frekvenci a spektrální hemisférický útlumový koeficient ve vlnové délce objemu, označený μ ν, respektive μ λ , jsou definovány jako

kde

Součinitel směrového útlumu

Součinitel směrového útlumu objemu, označený μ Ω , je definován jako

kde L e, Ω je záření .

Spektrální směrový koeficient útlumu

Spektrální směrový koeficient útlumu ve frekvenci a spektrální směrový koeficient útlumu ve vlnové délce objemu, označený μ Ω, ν a μ Ω, λ, v tomto pořadí, jsou definovány jako

kde

Absorpční a rozptylové koeficienty

Když úzký ( kolimovaný ) paprsek prochází objemem, paprsek ztratí intenzitu v důsledku dvou procesů: absorpce a rozptylu .

Absorpční koeficient objemu, označený μ a , a koeficient rozptylu objemu, označený μ s , jsou definovány stejně jako pro koeficient útlumu.

Koeficient útlumu objemu je součtem koeficientu absorpce a koeficientu rozptylu:

Při pohledu na samotný úzký paprsek nelze tyto dva procesy rozlišit. Pokud je však detektor nastaven tak, aby měřil paprsek opouštějící v různých směrech, nebo naopak pomocí neuzavřeného paprsku, lze měřit, kolik ztraceného záření bylo rozptýleno a kolik bylo absorbováno.

V této souvislosti se „absorpční koeficient“ opatření, jak rychle se paprsek ztratí zářivý tok vzhledem k absorpci sám , zatímco „útlum“ koeficient měří celková ztráta intenzity úzkého paprsku, včetně rozptylu stejně. „Koeficient útlumu paprsků“ vždy jednoznačně odkazuje na to druhé. Koeficient útlumu je přinejmenším stejně velký jako koeficient absorpce; v idealizovaném případě bez rozptylu jsou si rovni.

Koeficienty útlumu, absorpce a rozptylu

Hmotnostní koeficient útlumu , absorpční koeficient hmotnost a hmotnost koeficient rozptylu jsou definovány jako

kde ρ m je hmotnostní hustota .

Napierovské a dekadické útlumové koeficienty

Dekadický koeficient útlumu nebo dekadický koeficient útlumu svazku paprsků , označený μ 10 , je definován jako

Stejně jako obvyklý koeficient útlumu měří počet e -násobných redukcí, které se vyskytují na jednotkové délce materiálu, tento koeficient měří, kolik desetinásobných redukcí nastane: dekadický koeficient 1 m -1 znamená 1 m materiálu snižuje záření jednou faktorem 10.

μ je někdy nazýváno napierianským součinitelem útlumu nebo napierianským součinitelem útlumu svazku, nikoli pouhým „součinitelem útlumu“. Termíny „dekadický“ a „napieriánský“ pocházejí ze báze použité pro exponenciál v Beer -Lambertově zákoně pro materiální vzorek, jehož se účastní dva koeficienty útlumu:

kde

  • T je propustnost vzorku materiálu;
  • je délka dráhy paprsku světla skrz vzorek materiálu.

V případě rovnoměrného útlumu se tyto vztahy stávají

Případy nejednotného útlumu se vyskytují například v atmosférických vědních aplikacích a teorii stínění záření .

(Napierian) koeficient útlumu a koeficient dekadického útlumu materiálového vzorku souvisí s hustotou čísel a koncentracemi množství jeho N atenuačních druhů jako

kde

podle definice průřezu útlumu a molárního koeficientu útlumu.

Průřez útlumu a molární koeficient útlumu jsou vztaženy k

a hustota čísel a koncentrace množství podle

kde N A je Avogadrova konstanta .

Vrstva poloviny-hodnota (HVL), je tloušťka vrstvy materiálu, potřebné ke snížení zářivý tok vysílaného záření na polovinu dopadající velikosti. Poloviční vrstva tvoří asi 69% (ln 2) hloubky penetrace . Inženýři používají tyto rovnice, které předpovídají, kolik tloušťky stínění je zapotřebí k zeslabení záření na přijatelné nebo regulační limity.

Koeficient útlumu je také nepřímo úměrný střední volné dráze . Navíc velmi úzce souvisí s průřezem útlumu .

Radiometrické jednotky SI

Množství Jednotka Dimenze Poznámky
název Symbol název Symbol Symbol
Zářivá energie Q e joule J. ML 2T −2 Energie elektromagnetického záření.
Sálavá hustota energie w e joule na metr krychlový J/m 3 ML −1T −2 Sálavá energie na jednotku objemu.
Sálavý tok Φ e watt W = J/s ML 2T −3 Sálavá energie vyzařovaná, odražená, vysílaná nebo přijímaná za jednotku času. Někdy se tomu také říká „zářivá síla“.
Spektrální tok Φ e, ν watt na hertz W/ Hz ML 2T −2 Sálavý tok na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ten se běžně měří ve W⋅nm −1 .
Φ e, λ watt na metr W/m MLT −3
Intenzita záření I e, Ω watt na steradián W/ sr ML 2T −3 Sálavý tok vyzařovaný, odražený, vysílaný nebo přijímaný na jednotku pevného úhlu. Jedná se o směrovou veličinu.
Spektrální intenzita I e, Ω, ν wattů na steradiánů a hertzů W⋅sr −1 ⋅Hz −1 ML 2T −2 Intenzita záření na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ten se běžně měří v W⋅sr −1 ⋅nm −1 . Jedná se o směrovou veličinu.
I e, Ω, λ watt na steradián na metr W⋅sr −1 ⋅m −1 MLT −3
Záře L e, Ω watt na steradián na metr čtvereční W⋅sr −1 ⋅m −2 MT −3 Sálavý tok vyzařovaný, odražený, přenášený nebo přijímaný povrchem , na jednotku pevného úhlu na jednotku projektované plochy. Jedná se o směrovou veličinu. Tomu se někdy také matouco říká „intenzita“.
Spektrální záření L e, Ω, ν watt na steradián na metr čtvereční na hertz W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1 MT −2 Záření povrchu na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ten se běžně měří v W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅nm −1 . Jedná se o směrovou veličinu. Tomu se někdy také matoucím způsobem říká „spektrální intenzita“.
L e, Ω, λ watt na steradián na metr čtvereční, na metr W⋅sr −1 ⋅m −3 ML −1T −3
Hustota toku ozáření
E e watt na metr čtvereční W/m 2 MT −3 Zářivý tok přijat prostřednictvím povrchu na jednotku plochy. Tomu se někdy také matouco říká „intenzita“.
Spektrální ozáření
Hustota spektrálního toku
E e, v watt na metr čtvereční na hertz W⋅m −2 ⋅Hz −1 MT −2 Ozařování povrchu na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Tomu se někdy také matoucím způsobem říká „spektrální intenzita“. Mezi jednotky SI spektrální hustoty toku patří jansky (1 Jy = 10 −26  W⋅m −2 ⋅Hz −1 ) a jednotka slunečního toku (1 sfu = 10 −22  W⋅m −2 ⋅Hz −1 = 10 4  Jy).
E e, λ watt na metr čtvereční, na metr W/m 3 ML −1T −3
Radiosita J e watt na metr čtvereční W/m 2 MT −3 Sálavý tok opouštějící (emitovaný, odražený a přenášený) povrch na jednotku plochy. Tomu se někdy také matouco říká „intenzita“.
Spektrální radiozita J e, ν watt na metr čtvereční na hertz W⋅m −2 ⋅Hz −1 MT −2 Radiosita povrchu na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ten se běžně měří ve W⋅m −2 ⋅nm −1 . Tomu se někdy také matoucím způsobem říká „spektrální intenzita“.
J e, λ watt na metr čtvereční, na metr W/m 3 ML −1T −3
Radiantní odchod M e watt na metr čtvereční W/m 2 MT −3 Zářivý tok emitovaný o povrchu na jednotku plochy. Toto je vyzařovaná složka radiozity. „Radiantní emise“ je pro toto množství starý termín. Tomu se někdy také matouco říká „intenzita“.
Spektrální odchod M e, ν watt na metr čtvereční na hertz W⋅m −2 ⋅Hz −1 MT −2 Sálavý výstup povrchu na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ten se běžně měří ve W⋅m −2 ⋅nm −1 . „Spektrální vyzařování“ je pro toto množství starý termín. Tomu se někdy také matoucím způsobem říká „spektrální intenzita“.
M e, λ watt na metr čtvereční, na metr W/m 3 ML −1T −3
Sálavá expozice H e joule na metr čtvereční J/m 2 MT −2 Sálavá energie přijímaná povrchem na jednotku plochy nebo ekvivalentní ozáření povrchu integrovaného v průběhu času ozařování. Někdy se tomu také říká „zářivá fluence“.
Spektrální expozice H e, ν joule na metr čtvereční na hertz J⋅m −2 ⋅Hz −1 MT −1 Sálavá expozice povrchu na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ten se běžně měří v J⋅m −2 ⋅nm −1 . Někdy se tomu také říká „spektrální fluence“.
He , λ joule na metr čtvereční, na metr J/m 3 ML −1T −2
Pologulová emisivita ε N/A 1 Sálavý výstup povrchu , dělený černým tělesem při stejné teplotě jako tento povrch.
Spektrální hemisférická emisivita ε ν
 nebo
ε λ
N/A 1 Spektrální výstup z povrchu dělený černým tělesem při stejné teplotě jako tento povrch.
Směrová emisivita ε Ω N/A 1 Záření vyzařované o povrchu , dělená vyzařované z černého tělesa při stejné teplotě jako povrch.
Spektrální směrová emisivita ε Ω, ν
 nebo
ε Ω, λ
N/A 1 Spektrální záření emitované o povrchu , dělený, že z černého tělesa při stejné teplotě jako povrch.
Polokulová absorpce A N/A 1 Zářivý tok absorbován prostřednictvím povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu. To by nemělo být zaměňováno s „ absorpcí “.
Spektrální hemisférická absorbance A ν
 nebo
A λ
N/A 1 Spektrální tok absorbován prostřednictvím povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu. To by nemělo být zaměňováno se „ spektrální absorbancí “.
Směrová pohltivost A Ω N/A 1 Záření absorbováno pomocí povrchu , dělený sálání dopadá na tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „ absorpcí “.
Spektrální směrová absorbance A Ω, ν
 nebo
A Ω, λ
N/A 1 Spektrální záření absorbováno pomocí povrchu , dělený spektrální záření dopadá na tento povrch. To by nemělo být zaměňováno se „ spektrální absorbancí “.
Polokulová odrazivost R. N/A 1 Zářivý tok odráží o povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Spektrální polokulová odrazivost R ν
 nebo
R λ
N/A 1 Spektrálního záření odráží o povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Směrová odrazivost R Ω N/A 1 Záření odráží pomocí povrchem , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Spektrální směrová odrazivost R Ω, ν
 nebo
R Ω, λ
N/A 1 Spektrální záření odráží o povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Polokulová propustnost T N/A 1 Zářivý tok přenášen prostřednictvím povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Spektrální hemisférická propustnost T ν
 nebo
T λ
N/A 1 Spektrálního záření přenášené prostřednictvím povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Směrová propustnost T Ω N/A 1 Záření přenášené prostřednictvím povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Spektrální směrová propustnost T Ω, ν
 nebo
T Ω, λ
N/A 1 Spektrální záření přenášené prostřednictvím povrchu , dělená, které obdrží od tohoto povrchu.
Pologulový součinitel útlumu μ reciproční metr m -1 L -1 Zářivý tok vstřebává a rozptýlené o objemu na jednotku délky, dělený, které obdrží od svazku.
Spektrální hemisférický koeficient útlumu μ ν
 nebo
μ λ
reciproční metr m -1 L -1 Spektrální Zářivý tok absorbován a rozptýlené o objemu na jednotku délky, dělený, které obdrží od svazku.
Součinitel směrového útlumu μ Ω reciproční metr m -1 L -1 Záření absorbuje a rozptýlené o objemu na jednotku délky, dělený, které obdrží od svazku.
Spektrální směrový koeficient útlumu μ Ω, ν
 nebo
μ Ω, λ
reciproční metr m -1 L -1 Spektrální záření absorbuje a rozptýlené o objemu na jednotku délky, dělený, které obdrží od svazku.
Viz také: SI  · Radiometrie  · Fotometrie

Viz také

Reference

externí odkazy