Коэффициент затухания

редактировать
Для «коэффициента затухания» применительно к теории электромагнитного поля и телекоммуникациям см. Константа затухания. Для «массового коэффициента затухания» см. Массовый коэффициент затухания.

. линейный коэффициент затухания, коэффициент затухания или коэффициент затухания в узком луче характеризует, насколько легко в объем материала может проникнуть луч света, звука, частиц или другой энергии или дело. Большой коэффициент затухания означает, что луч быстро «затухает» (ослабляется) при прохождении через среду, а небольшой коэффициент затухания означает, что среда относительно прозрачна для луча. единица СИ коэффициента затухания - это обратный измеритель (м). Коэффициент экстинкции - старый термин для этой величины, но все еще используется в метеорологии и климатологии. Чаще всего величина измеряет значение расстояния электронного складывания исходной интенсивности, когда энергия интенсивности проходит через единицу (например, один метр) толщины материала, так что коэффициент затухания равен 1 m означает, что после прохождения 1 метра излучение будет уменьшено в e раз, а для материала с коэффициентом 2 m оно уменьшится в два раза на e или e. В других измерениях может использоваться коэффициент, отличный от е, например, коэффициент затухания в декадах, указанный ниже. Коэффициент ослабления широкого луча учитывает излучение, рассеянное вперед, как переданное, а не как ослабленное, и больше подходит для защиты от излучения.

Содержание
  • 1 Обзор
  • 2 Математические определения
    • 2.1 Коэффициент полусферического ослабления
    • 2.2 Спектральный полусферический коэффициент ослабления
    • 2.3 Коэффициент направленного ослабления
    • 2.4 Спектральный коэффициент направленного ослабления
  • 3 Коэффициенты поглощения и рассеяния
  • 4 Массовые коэффициенты ослабления, поглощения и рассеяния
  • 5 Наперовские и декадные коэффициенты затухания
  • 6 Радиометрические единицы SI
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки
Обзор

Коэффициент затухания описывает степень, в которой лучистый поток луча уменьшается, когда он проходит через определенный материал. Он используется в контексте:

Коэффициент ослабления называется «коэффициентом ослабления. "в контексте

Небольшой коэффициент затухания указывает на то, что рассматриваемый материал относительно прозрачен, в то время как большее значение указывает на большую степень непрозрачности. Коэффициент ослабления зависит от типа материала и энергии излучения. Как правило, для электромагнитного излучения, чем выше энергия падающих фотонов и чем менее плотен рассматриваемый материал, тем ниже будет соответствующий коэффициент ослабления.

Математические определения

Коэффициент затухания в полушарии

Коэффициент затухания в полусфере объема, обозначенного μ, определяется как

μ = - 1 Φ ed Φ edz, {\ displaystyle \ mu = - {\ frac {1} {\ Phi _ {\ mathrm {e}}}} {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}}} {\ mathrm {d} z}},}\ mu = - {\ frac {1} {\ Phi _ {{\ mathrm {e}}}}} {\ frac {{\ mathrm {d} } \ Phi _ {{\ mathrm {e}}}} {{\ mathrm {d}} z}},

где

Спектральный полусферический коэффициент затухания

Спектральный полусферический коэффициент затухания на частоте и спектральный полусферический коэффициент ослабления на длине волны объема, обозначенный μ ν и μ λ соответственно, определяются как

μ ν = - 1 Φ e, ν d Φ е, ν dz, {\ displaystyle \ mu _ {\ nu} = - {\ frac {1} {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu}}} {\ frac {\ mathrm { d} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu}} {\ mathrm {d} z}},}\ mu _ {\ nu} = - {\ frac {1} {\ Phi _ {{{\ mathrm {e}}, \ nu}}}} {\ frac {{\ mathrm {d}} \ Phi _ {{{\ mathrm {e}}, \ nu}}} {{\ mathrm {d}} z}},
μ λ = - 1 Φ e, λ d Φ e, λ dz, {\ displaystyle \ mu _ {\ lambda} = - {\ frac {1} {\ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda}}} {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ лямбда}} {\ mathrm {d} z}},}\ mu _ {\ lambda} = - {\ frac {1} {\ Phi _ {{{\ mathrm {e}}, \ lambda}}}} {\ frac {{\ mathrm {d} } \ Phi _ {{{\ mathrm {e}}, \ lambda}}} {{\ mathrm {d}} z}},

где

Коэффициент направленного затухания

Коэффициент направленного затухания объема, обозначенный μ Ω, определяется как

μ Ω = - 1 L e, Ω d L e, Ω dz, {\ displaystyle \ mu _ {\ Omega} = - {\ frac {1} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega}}} {\ frac {\ mathrm {d} L _ {\ mathrm {e}, \ Omega} } {\ mathrm {d} z}},}\ mu _ {\ Omega} = - {\ frac {1} {L _ {{{\ mathrm {e}}, \ Omega}}}} {\ frac {{\ mathrm {d}} L_ {{{\ mathrm {e}}, \ Omega}}} {{\ mathr m {d}} z}},

где L e, Ω - яркость.

Спектральный коэффициент направленного ослабления

Спектральный направленный коэффициент ослабления на частоте и спектральный коэффициент направленного ослабления на длине волны объема, обозначенный μ Ом, ν и μ Ом, λ соответственно, определяются как

μΩ, ν = - 1 L e, Ω, ν d L e, Ω, ν dz, μ Ω, λ = - 1 L e, Ω, λ d L e, Ω, λ dz, {\ displaystyle {\ begin {выровнено } \ mu _ {\ Omega, \ nu} = - {\ frac {1} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ nu}}} {\ frac {\ mathrm {d} L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ nu}} {\ mathrm {d} z}}, \\\ mu _ {\ Omega, \ lambda} = - {\ frac {1} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ lambda}}} {\ frac {\ mathrm {d} L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ lambda}} {\ mathrm {d} z}}, \ end {align}}}{\ displaystyle {\ begin {align} \ mu _ { \ Omega, \ nu} = - {\ frac {1} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ nu}}} {\ frac {\ mathrm {d} L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ nu}} {\ mathrm {d} z}}, \\\ mu _ {\ Omega, \ lambda} = - {\ frac {1} {L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ лямбда}}} {\ frac {\ mathrm {d} L _ {\ mathrm {e}, \ Omega, \ lambda}} {\ mathrm {d} z}}, \ end {align}}}

где

Коэффициенты поглощения и рассеяния

При узком (коллимированный ) пучок проходит через объем, пучок теряет интенсивность из-за двух процессов: поглощение и рассеяние.

Коэффициент поглощения объема, обозначенный μ a и коэффициенты рассеяния объема, обозначенные μ s, определяются так же, как и для коэффициента ослабления.

Коэффициент ослабления объема равен сумма коэффициента поглощения и коэффициента рассеяния:

μ = μ a + μ s, μ ν = μ a, ν + μ s, ν, μ λ = μ a, λ + μ s, λ, μ Ω = μ a, Ω + μ s, Ω, μ Ω, ν = μ a, Ω, ν + μ s, Ω, ν, μ Ω, λ = μ a, Ω, λ + μ s, Ω, λ. {\ displaystyle {\ begin {align} \ mu = \ mu _ {\ mathrm {a}} + \ mu _ {\ mathrm {s}}, \\\ mu _ {\ nu} = \ mu _ { \ mathrm {a}, \ nu} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ nu}, \\\ mu _ {\ lambda} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ lambda} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ lambda}, \\\ mu _ {\ Omega} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ Omega} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ Omega }, \\\ mu _ {\ Omega, \ nu} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ Omega, \ nu} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ Omega, \ nu}, \\\ mu _ {\ Omega, \ lambda} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ Omega, \ lambda} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ Omega, \ lambda}. \ end {align}}}{\ displaystyle {\ begin {align} \ mu = \ mu _ {\ mathrm {a}} + \ mu _ {\ mathrm {s}}, \\ \ mu _ {\ nu} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ nu} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ nu}, \\\ mu _ {\ lambda} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ lambda} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ lambda}, \\\ mu _ {\ Omega} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ Omega} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ Omega}, \\\ mu _ {\ Omega, \ nu} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ Omega, \ nu} + \ mu _ { \ mathrm {s}, \ Omega, \ nu}, \\\ mu _ {\ Omega, \ lambda} = \ mu _ {\ mathrm {a}, \ Omega, \ lambda} + \ mu _ {\ mathrm {s}, \ Omega, \ lambda}. \ end {align}}}

Даже глядя на сам узкий луч, эти два процесса невозможно различить. Однако, если детектор настроен для измерения луча, уходящего в разных направлениях, или, наоборот, с использованием неузкого луча, можно измерить, какая часть потерянного лучистого потока была рассеянной и какая была поглощена.

В этом контексте «коэффициент поглощения» измеряет, насколько быстро луч потеряет лучистый поток только из-за поглощения, в то время как «коэффициент ослабления» измеряет общую потерю интенсивности узкого луча, включая также рассеяние. «Коэффициент затухания в узком луче» всегда однозначно относится к последнему. Коэффициент затухания по крайней мере такой же, как коэффициент поглощения; они равны в идеализированном случае отсутствия рассеяния.

Массовые коэффициенты ослабления, поглощения и рассеяния

Массовый коэффициент ослабления, массовый коэффициент поглощения и массовый коэффициент рассеяния определяются как

μ ρ м, μ a ρ м, μ s ρ м, {\ Displaystyle {\ frac {\ mu} {\ rho _ {m}}}, \ quad {\ frac {\ mu _ {\ mathrm {a}} } {\ rho _ {m}}}, \ quad {\ frac {\ mu _ {\ mathrm {s}}} {\ rho _ {m}}},}{\ frac {\ mu} {\ rho _ {m}}}, \ quad {\ frac {\ mu _ {{\ mathrm {a}}}} {\ rho _ {m}}}, \ quad {\ frac {\ mu _ {{\ mathrm {s}}}} {\ rho _ {m}}},

где ρ m - массовая плотность.

коэффициенты наперовского и декадного затухания.

Десятичный коэффициент затухания или декадный коэффициент затухания узкого луча, обозначенный μ 10, определяется как

μ 10 = μ ln ⁡ 10. {\ displaystyle \ mu _ {10} = {\ frac {\ mu} {\ ln 10}}.}\ mu _ {{10}} = {\ frac {\ mu} {\ ln 10}}.

Так же, как обычный коэффициент затухания измеряет количество сокращений в e-кратном размере, которые происходят на единице длины материала, этот коэффициент измеряет количество 10-кратных сокращений: десятичный коэффициент 1 м означает, что 1 м материала уменьшает излучение один раз в 10 раз.

μ иногда называют коэффициентом наперовского ослабления или коэффициент затухания неперово узкого луча, а не просто «коэффициент затухания». Термины «декада» и «Напье» происходят от основания, используемого для экспоненты в законе Бера – Ламберта для образца материала, в котором участвуют два коэффициента ослабления:

T знак равно е - ∫ 0 ℓ μ (z) dz = 10 - ∫ 0 ℓ μ 10 (z) dz, {\ displaystyle T = e ^ {- \ int _ {0} ^ {\ ell} \ mu ( z) \ mathrm {d} z} = 10 ^ {- \ int _ {0} ^ {\ ell} \ mu _ {10} (z) \ mathrm {d} z},}T = e ^ {{- \ int _ {0} ^ {\ ell} \ mu (z) {\ mathrm {d}} z}} = 10 ^ {{- \ int _ {0} ^ {\ ell} \ mu _ {{10}} (z) {\ mathrm {d}} z}},

где

В случае равномерного затухания эти отношения становятся

Т = е - μ ℓ = 10 - μ 10 ℓ. {\ displaystyle T = e ^ {- \ mu \ ell} = 10 ^ {- \ mu _ {10} \ ell}.}T = e ^ {{- \ mu \ ell}} = 10 ^ {{- \ mu _ {{10}} \ ell}}.

Случаи неравномерного затухания встречаются в атмосферных исследованиях и теория радиационной защиты, например.

Коэффициент затухания (Напьера) и декадный коэффициент затухания образца материала связаны с числовой плотностью и количественной концентрацией его N ослабляющих частиц как

μ (z) = ∑ i = 1 N μ i (z) = ∑ i = 1 N σ ini (z), μ 10 (z) = ∑ i = 1 N μ 10, i (z) = ∑ i Знак равно 1 N ε ici (z), {\ displaystyle {\ begin {align} \ mu (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ mu _ {i} (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ sigma _ {i} n_ {i} (z), \\\ mu _ {10} (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ mu _ {10, i} (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ varepsilon _ {i} c_ {i} (z), \ end {align}}}{\ displaystyle {\ begin {align} \ mu (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ mu _ {i} (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ sigma _ {i} n_ {i} (z), \\\ mu _ {10} (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ mu _ {10, i} (z) = \ sum _ {i = 1} ^ {N} \ varepsilon _ {i } c_ {i} (z), \ end {align}}}

где

по определению поперечного сечения ослабления и молярный коэффициент затухания.

Поперечное сечение затухания и молярный коэффициент затухания связаны соотношением

ε i = NA ln ⁡ 10 σ i, {\ displaystyle \ varepsilon _ {i} = {\ frac {N _ {\ text {A} }} {\ ln {10}}} \, \ sigma _ {i},}{\ displaystyle \ varepsilon _ {i} = {\ frac {N _ {\ text {A}}} {\ ln {10}}} \, \ sigma _ {i},}

и числовая плотность и количественная концентрация на

ci = ni NA, {\ displaystyle c_ {i} = {\ frac { n_ {i}} {N _ {\ text {A}}}},}{\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {N _ {\ text {A}}}},}

где N A - константа Авогадро.

слой с половинным значением (HVL) - толщина слоя материала, необходимая для уменьшения лучистого потока проходящего излучения до половины его падающей величины. Слой с половинным значением составляет около 69% (ln 2) глубины проникновения . Инженеры используют эти уравнения, чтобы определить, какая толщина экранирования потребуется для ослабления излучения до приемлемых или нормативных пределов.

Коэффициент затухания также обратно пропорционален средней длине свободного пробега. Более того, он очень тесно связан с затуханием поперечное сечение.

единицы радиометрии СИ
единицы радиометрии СИ
  • v
  • t
КоличествоединицаРазмерПримечания
ИмяСимволИмяСимволСимвол
Лучистая энергия Qeджоуль J M⋅L⋅TЭнергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии weджоуль на кубический метрДж / мM⋅L⋅TЛучистая энергия на единицу объема.
Лучистый поток Φeватт W = Дж / сM⋅L⋅TИзлучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения за единицу времени. Иногда это также называют «сияющей силой».
Спектральный поток Φe, νватт на герц W/Hz M⋅L⋅TЛучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅nm.
Φe, λватт на метрВт / мM⋅L⋅T
Сила излучения Ie, Омватт на стерадиан W/sr M⋅L⋅TИзлучаемый, отраженный поток излучения, передано или получено на единицу телесного угла. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность Ie, Ом, νватт на стерадиан на герцВт⋅ср⋅ГцM⋅L⋅TИнтенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr⋅nm. Это направленная величина.
Ie, Ом, λватт на стерадиан на метрВт⋅смM⋅L⋅T
Сияние Le, Омватт на стерадиан на квадратный метрW⋅sr⋅mM⋅TЛучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью, на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная яркость Le, Ом, νватт на стерадиан на квадратный метр на герцВт⋅ср⋅м⋅ГцM⋅TЯркость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr⋅m⋅nm. Это направленная величина. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
Le, Ом, λватт на стерадиан на квадратный метр, на метрВт⋅смM⋅L⋅T
Энергия излучения. Плотность потока Eeватт на квадратный метрВт / мM⋅TПоток излучения, получаемый поверхностью на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная освещенность. Спектральная плотность потока Eе, νватт на квадратный метр на герцВт⋅м⋅ГцM⋅TЭнергия излучения поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». Единицы измерения спектральной плотности потока, не относящиеся к системе СИ, включают jansky (1 Ян = 10 Вт⋅мГц) и единицу солнечного потока (1 sfu = 10 Вт⋅мГц = 10 Ян.).
Ee, λватт на квадратный метр на метрВт / мM⋅L⋅T
Радиосветимость Jeватт на квадратный метрВт / мM⋅TЛучистый поток оставляя (излучаемый, отраженный и проходящий) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная светимость Jе, νватт на квадратный метр на герцВт⋅м⋅ГцM⋅TСветимость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅мнм. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Je, λватт на квадратный метр на метрВт / мM⋅L⋅T
коэффициент излучения Meватт на квадратный метрВт / мM⋅Tизлучающий поток, излучаемый поверхностью на единицу площади. Это излучаемая составляющая излучения. «Излучение» - это старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная светимость Mе, νватт на квадратный метр на герцВт⋅м⋅ГцM⋅TСветовая яркость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅мнм. «Спектральный коэффициент излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Me, λватт на квадратный метр на метрВт / мM⋅L⋅T
Излучение Heджоулей на квадратный метрДж / мM⋅Tизлучающее энергия, получаемая поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности, интегрированная во времени облучения. Иногда это также называют «сияющим флюенсом».
Спектральная экспозиция Hе, νджоуль на квадратный метр на герцДж⋅м⋅ГцM⋅TИзлучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅мнм. Иногда это также называют «спектральным флюенсом».
He, λджоуль на квадратный метр, на метрДж / мM⋅L⋅T
полусферический коэффициент излучения εN / A1Коэффициент излучения поверхности, деленный на черное тело при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность εν. or. ελНеприменимо1Спектральная светимость поверхности, деленная на светимость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность εΩН / Д1Сияние, излучаемое поверхностью, деленное на излучаемое черным телом при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектральная направленная излучательная способность εОм, ν. or. εОм, λН / Д1Спектральная яркость, излучаемая поверхностью, деленная на яркость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Полусферическое поглощение AН / Д1Поток излучения, поглощаемый поверхностью, деленный на поток, получаемый этой поверхностью. Не следует путать с «поглощением ».
Спектральное полусферическое поглощение Aν. or. AλН / Д1Спектральный поток, поглощаемый поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью. Это не следует путать с «спектральной абсорбцией ».
Направленное поглощение Н / Д1Излучение, поглощаемое поверхностью, деленное на яркость, падающую на эту поверхность. Не следует путать с «поглощением ».
Спектральное направленное поглощение AОм, ν. or. AОм, λН / Д1Спектральная яркость, поглощаемая поверхностью, деленная на спектральную яркость, падающую на эту поверхность. Это не следует путать с «спектральной абсорбцией ».
Коэффициент отражения полусферы RН / Д1Излучаемый поток, отраженный поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Спектральный полусферический коэффициент отражения Rν. or. RλН / Д1Спектральный поток, отраженный поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Направленная отражательная способность Н / Д1Сияние, отраженное поверхностью, деленное на получаемое этой поверхностью.
Спектральная отражательная способность RОм, ν. or. RОм, λН / Д1Спектральная яркость, отраженная поверхностью, деленная на яркость, полученную этой поверхностью.
Полусферический коэффициент пропускания TН / Д1Излучаемый поток, передаваемый поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Спектральный полусферический коэффициент пропускания Tν. or. TλН / Д1Спектральный поток, передаваемый поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Направленный коэффициент пропускания Н / Д1Сияние, передаваемое поверхностью, деленное на получаемое этой поверхностью.
Спектральное направленное пропускание TОм, ν. or. TОм, λН / Д1Спектральная яркость, передаваемая поверхностью, деленная на яркость, принимаемую этой поверхностью.
Коэффициент затухания в полусфере μобратный метрmLПоток излучения, поглощаемый и рассеиваемый объемом на единицу длины, деленный на полученный этим объемом.
Спектральный полусферический коэффициент ослабления μν. or. μλобратный измерительmLСпектральный лучистый поток, поглощаемый и рассеянный объемом на единицу длины, деленный на полученный этим объемом.
Коэффициент направленного ослабления μΩобратный измерительmLИзлучение, поглощаемое и рассеиваемое объемом на единицу длины, деленное на полученное этим объемом.
Коэффициент направленного спектрального ослабления μОм, ν. or. μОм, λобратный метрmLСпектральная яркость, поглощенная и рассеянная объемом на единицу длины, деленная на полученное этим объемом.
См. Также: SI ·Радиометрия ·Фотометрия
См. Также
Литература
Внешние ссылки
Последняя правка сделана 2021-06-12 16:41:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте