Dämpfungskoeffizient – Wikipedia

Für den “Dämpfungskoeffizienten”, wie er für die elektromagnetische Theorie und Telekommunikation gilt, siehe Dämpfungskonstante. Für den “Massendämpfungskoeffizienten” siehe Massendämpfungskoeffizient.

Das linearer Dämpfungskoeffizient, Dämpfungskoeffizient, oder Schmalstrahl-Dämpfungskoeffizient charakterisiert, wie leicht ein Materialvolumen von einem Licht-, Schall-, Partikel- oder anderen Energie- oder Materiestrahl durchdrungen werden kann.^[1] Ein großer Dämpfungskoeffizient bedeutet, dass der Strahl beim Durchgang durch das Medium schnell “gedämpft” (geschwächt) wird, und ein kleiner Dämpfungskoeffizient bedeutet, dass das Medium für den Strahl relativ transparent ist. Die SI-Einheit des Dämpfungskoeffizienten ist das Kehrwertmessgerät (m⁻¹). Extinktionskoeffizient ist ein alter Begriff für diese Menge^[1] wird aber immer noch in der Meteorologie und Klimatologie verwendet.^[2] Am häufigsten misst die Menge den Wert von abwärts e-Faltungsabstand der ursprünglichen Intensität, wenn die Energie der Intensität durch eine Einheitsdicke (z. B. einen Meter) des Materials fließt, so dass ein Dämpfungskoeffizient von 1 m entsteht⁻¹ bedeutet, dass nach dem Durchlaufen von 1 Meter die Strahlung um den Faktor reduziert wird eund für Material mit einem Koeffizienten von 2 m⁻¹wird es zweimal um reduziert e, oder e². Andere Maßnahmen können einen anderen Faktor als verwenden e, so wie die dekadischer Dämpfungskoeffizient unten. Das Breitstrahl-Dämpfungskoeffizient zählt vorwärts gestreute Strahlung eher als übertragen als gedämpft und ist besser auf die Strahlungsabschirmung anwendbar.

Überblick[edit]

Der Dämpfungskoeffizient beschreibt das Ausmaß, in dem der Strahlungsfluss eines Strahls beim Durchgang durch ein bestimmtes Material verringert wird. Es wird verwendet im Zusammenhang mit:

Der Dämpfungskoeffizient wird im Zusammenhang mit dem “Extinktionskoeffizienten” genannt

• solare und infrarote Strahlungsübertragung in der Atmosphäre, wenn auch normalerweise mit einem anderen Symbol gekennzeichnet (bei der üblichen Verwendung von μ = cos θ für schräge Wege);

Ein kleiner Dämpfungskoeffizient zeigt an, dass das betreffende Material relativ transparent ist, während ein größerer Wert größere Opazitätsgrade anzeigt. Der Dämpfungskoeffizient ist abhängig von der Art des Materials und der Energie der Strahlung. Im Allgemeinen ist für elektromagnetische Strahlung der entsprechende Dämpfungskoeffizient umso niedriger, je höher die Energie der einfallenden Photonen und je weniger dicht das betreffende Material ist.

Mathematische Definitionen[edit]

Hemisphärischer Dämpfungskoeffizient[edit]

Hemisphärischer Dämpfungskoeffizient eines Volumens, bezeichnet μ, ist definiert als^[5]

μ=– –1ΦedΦedz,{ displaystyle mu = – { frac {1} { Phi _ { mathrm {e}}} { frac { mathrm {d} Phi _ { mathrm {e}}} { mathrm { d} z}},}

wo

Spektraler hemisphärischer Dämpfungskoeffizient[edit]

Spektraler hemisphärischer Dämpfungskoeffizient in der Frequenz und spektraler hemisphärischer Dämpfungskoeffizient in Wellenlänge eines Volumens, bezeichnet μ_ν und μ_λ jeweils definiert als^[5]

μν=– –1Φe,νdΦe,νdz,{ displaystyle mu _ { nu} = – { frac {1} { Phi _ { mathrm {e}, nu}}} { frac { mathrm {d} Phi _ { mathrm { e}, nu}} { mathrm {d} z}},}

μλ=– –1Φe,λdΦe,λdz,{ displaystyle mu _ { lambda} = – { frac {1} { Phi _ { mathrm {e}, lambda}}} { frac { mathrm {d} Phi _ { mathrm { e}, lambda}} { mathrm {d} z}},}

wo

Richtungsdämpfungskoeffizient[edit]

Richtungsdämpfungskoeffizient eines Volumens, bezeichnet μ_Ω, ist definiert als^[5]

μΩ=– –1L.e,ΩdL.e,Ωdz,{ displaystyle mu _ { Omega} = – { frac {1} {L _ { mathrm {e}, Omega}} { frac { mathrm {d} L _ { mathrm {e}, Omega}} { mathrm {d} z}},}

wo L._{e, Ω} ist die Ausstrahlung.

Spektraler Richtungsdämpfungskoeffizient[edit]

Spektraler Richtungsdämpfungskoeffizient in der Frequenz und spektraler Richtungsschwächungskoeffizient in Wellenlänge eines Volumens, bezeichnet μ_{Ω, ν} und μ_{Ω, λ} jeweils definiert als^[5]

μΩ,ν=– –1L.e,Ω,νdL.e,Ω,νdz,μΩ,λ=– –1L.e,Ω,λdL.e,Ω,λdz,{ 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, lambda}} { frac { mathrm {d} L _ { mathrm {e}, Omega, lambda}} { mathrm {d} z}} , end {align}}}

wo

Absorptions- und Streukoeffizienten[edit]

Wenn ein schmaler (kollimierter) Strahl durch ein Volumen tritt, verliert der Strahl aufgrund zweier Prozesse an Intensität: Absorption und Streuung.

Absorptionskoeffizient eines Volumens, bezeichnet μ_ein, und Streukoeffizient eines Volumens, bezeichnet μ_swerden auf die gleiche Weise wie für den Dämpfungskoeffizienten definiert.^[5]

Der Dämpfungskoeffizient eines Volumens ist die Summe aus Absorptionskoeffizient und Streukoeffizient:^[5]

μ=μein+μs,μν=μein,ν+μs,ν,μλ=μein,λ+μs,λ,μΩ=μein,Ω+μs,Ω,μΩ,ν=μein,Ω,ν+μs,Ω,ν,μΩ,λ=μein,Ω,λ+μs,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 {ausgerichtet}}}

Wenn man nur den schmalen Strahl selbst betrachtet, können die beiden Prozesse nicht unterschieden werden. Wenn jedoch ein Detektor eingerichtet ist, um den in verschiedene Richtungen austretenden Strahl zu messen, oder umgekehrt einen nicht schmalen Strahl verwendet, kann gemessen werden, wie viel des verlorenen Strahlungsflusses gestreut und wie viel absorbiert wurde.

In diesem Zusammenhang misst der “Absorptionskoeffizient”, wie schnell der Strahl aufgrund der Absorption den Strahlungsfluss verlieren würde allein, während “Dämpfungskoeffizient” die misst gesamt Verlust der Intensität des schmalen Strahls, einschließlich Streuung. “Schmalstrahl-Dämpfungskoeffizient” bezieht sich immer eindeutig auf Letzteres. Der Dämpfungskoeffizient ist mindestens so groß wie der Absorptionskoeffizient; Sie sind im idealisierten Fall ohne Streuung gleich.

Massendämpfungs-, Absorptions- und Streukoeffizienten[edit]

Massendämpfungskoeffizient, Massenabsorptionskoeffizient, und Massenstreukoeffizient sind definiert als^[5]

μρm,μeinρm,μsρm,{ displaystyle { frac { mu} { rho _ {m}}}, quad { frac { mu _ { mathrm {a}}} { rho _ {m}}}, quad { frac { mu _ { mathrm {s}}} { rho _ {m}}},}

wo ρ_m ist die Massendichte.

Napierianische und dekadische Dämpfungskoeffizienten[edit]

Dekadischer Dämpfungskoeffizient oder dekadischer schmaler Strahlschwächungskoeffizientbezeichnet μ₁₀, ist definiert als

μ10=μln⁡10.{ displaystyle mu _ {10} = { frac { mu} { ln 10}}.}

So wie der übliche Dämpfungskoeffizient die Anzahl von misst e-fache Reduktionen, die über eine Einheitslänge des Materials auftreten. Dieser Koeffizient misst, wie viele 10-fache Reduktionen auftreten: ein dekadischer Koeffizient von 1 m⁻¹ bedeutet, dass 1 m Material die Strahlung einmal um den Faktor 10 reduziert.

μ wird manchmal genannt Napierianischer Dämpfungskoeffizient oder Napierianischer Dämpfungskoeffizient für schmale Strahlen anstatt einfach nur “Dämpfungskoeffizient”. Die Begriffe “dekadisch” und “napierisch” stammen von der Basis, die für das Exponential im Beer-Lambert-Gesetz für eine Materialprobe verwendet wird, an der die beiden Dämpfungskoeffizienten teilnehmen:

T.=e– –∫0ℓμ((z)dz=10– –∫0ℓμ10((z)dz,{ displaystyle T = e ^ {- int _ {0} ^ { ell} mu (z) mathrm {d} z} = 10 ^ {- int _ {0} ^ { ell} mu _ {10} (z) mathrm {d} z},}

wo

• T. ist die Durchlässigkeit der Materialprobe;
• ℓ ist die Weglänge des Lichtstrahls durch die Materialprobe.

Im Falle von Uniform Dämpfung werden diese Beziehungen

T.=e– –μℓ=10– –μ10ℓ.{ displaystyle T = e ^ {- mu ell} = 10 ^ {- mu _ {10} ell}.}

Fälle von ungleichmäßig Dämpfung tritt beispielsweise in atmosphärischen wissenschaftlichen Anwendungen und in der Strahlenschutztheorie auf.

Der (napierianische) Dämpfungskoeffizient und der dekadische Dämpfungskoeffizient einer Materialprobe hängen mit den Anzahldichten und den Mengenkonzentrationen ihrer Probe zusammen N. abschwächende Arten als

μ((z)=∑ich=1N.μich((z)=∑ich=1N.σichnich((z),μ10((z)=∑ich=1N.μ10,ich((z)=∑ich=1N.εichcich((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}}}

wo

per Definition des Dämpfungsquerschnitts und des molaren Dämpfungskoeffizienten.

Der Dämpfungsquerschnitt und der molare Dämpfungskoeffizient hängen zusammen mit

εich=N.EINln⁡10σich,{ displaystyle varepsilon _ {i} = { frac {N _ { text {A}}} { ln {10}}} , sigma _ {i},}

und Zahlendichte und Mengenkonzentration durch

cich=nichN.EIN,{ displaystyle c_ {i} = { frac {n_ {i}} {N _ { text {A}}},}

wo N._EIN ist die Avogadro-Konstante.

Die Halbwertsschicht (HVL) ist die Dicke einer Materialschicht, die erforderlich ist, um den Strahlungsfluss der durchgelassenen Strahlung auf die Hälfte ihrer einfallenden Größe zu reduzieren. Die Halbwertsschicht beträgt etwa 69% (ln 2) der Eindringtiefe. Ingenieure verwenden diese Gleichungen, um vorherzusagen, wie viel Abschirmdicke erforderlich ist, um die Strahlung auf akzeptable oder behördliche Grenzen zu dämpfen.

Der Dämpfungskoeffizient steht auch in umgekehrter Beziehung zum mittleren freien Pfad. Darüber hinaus ist es sehr eng mit dem Dämpfungsquerschnitt verbunden.

SI-Radiometrieeinheiten[edit]

Menge		Einheit		Abmessungen	Anmerkungen
Name	Symbol[nb 1]	Name	Symbol	Symbol
Strahlungsenergie	Q.e[nb 2]	Joule	J.	M.⋅L.2⋅T.−2	Energie elektromagnetischer Strahlung.
Strahlungsenergiedichte	we	Joule pro Kubikmeter	J / m3	M.⋅L.−1⋅T.−2	Strahlungsenergie pro Volumeneinheit.
Strahlungsfluss	Φe[nb 2]	Watt	W = J / s	M.⋅L.2⋅T.−3	Pro Zeiteinheit emittierte, reflektierte, gesendete oder empfangene Strahlungsenergie. Dies wird manchmal auch als “Strahlungsleistung” bezeichnet.
Spektralfluss	Φe, ν[nb 3]	Watt pro Hertz	W / Hz	M.⋅L.2⋅T.−2	Strahlungsfluss pro Frequenzeinheit oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in W⋅nm gemessen−1.
	Φe, λ[nb 4]	Watt pro Meter	W / m	M.⋅L.⋅T.−3
Strahlungsintensität	iche, Ω[nb 5]	Watt pro Steradiant	W / sr	M.⋅L.2⋅T.−3	Strahlungsfluss, der pro Raumwinkeleinheit ausgesendet, reflektiert, gesendet oder empfangen wird. Das ist ein gerichtet Menge.
Spektrale Intensität	iche, Ω, ν[nb 3]	Watt pro Steradiant pro Hertz	W⋅sr−1⋅Hz−1	M.⋅L.2⋅T.−2	Strahlungsintensität pro Frequenzeinheit oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in W⋅sr gemessen−1⋅nm−1. Das ist ein gerichtet Menge.
	iche, Ω, λ[nb 4]	Watt pro Steradiant pro Meter	W⋅sr−1⋅m−1	M.⋅L.⋅T.−3
Glanz	L.e, Ω[nb 5]	Watt pro Steradiant pro Quadratmeter	W⋅sr−1⋅m−2	M.⋅T.−3	Strahlungsfluss, der von a emittiert, reflektiert, gesendet oder empfangen wird Oberflächepro Einheit Raumwinkel pro Einheit projizierter Fläche. Das ist ein gerichtet Menge. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “Intensität” bezeichnet.
Spektrale Ausstrahlung	L.e, Ω, ν[nb 3]	Watt pro Steradiant pro Quadratmeter pro Hertz	W⋅sr−1⋅m−2⋅Hz−1	M.⋅T.−2	Ausstrahlung eines Oberfläche pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in W⋅sr gemessen−1⋅m−2⋅nm−1. Das ist ein gerichtet Menge. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “spektrale Intensität” bezeichnet.
	L.e, Ω, λ[nb 4]	Watt pro Steradiant pro Quadratmeter, pro Meter	W⋅sr−1⋅m−3	M.⋅L.−1⋅T.−3
Bestrahlungsstärke Flussdichte	E.e[nb 2]	Watt pro Quadratmeter	W / m2	M.⋅T.−3	Strahlungsfluss empfangen durch eine Oberfläche pro Flächeneinheit. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “Intensität” bezeichnet.
Spektrale Bestrahlungsstärke Spektrale Flussdichte	E.e, ν[nb 3]	Watt pro Quadratmeter pro Hertz	W⋅m−2⋅Hz−1	M.⋅T.−2	Bestrahlungsstärke von a Oberfläche pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “spektrale Intensität” bezeichnet. Nicht-SI-Einheiten der spektralen Flussdichte umfassen Jansky (1 Jy = 10)−26 W⋅m−2⋅Hz−1) und Sonnenflusseinheit (1 sfu = 10−22 W⋅m−2⋅Hz−1 = 104 Jy).
	E.e, λ[nb 4]	Watt pro Quadratmeter, pro Meter	W / m3	M.⋅L.−1⋅T.−3
Radiosität	J.e[nb 2]	Watt pro Quadratmeter	W / m2	M.⋅T.−3	Strahlungsfluss Verlassen (emittiert, reflektiert und übertragen von) a Oberfläche pro Flächeneinheit. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “Intensität” bezeichnet.
Spektrale Radiosität	J.e, ν[nb 3]	Watt pro Quadratmeter pro Hertz	W⋅m−2⋅Hz−1	M.⋅T.−2	Radiosität eines Oberfläche pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in W⋅m gemessen−2⋅nm−1. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “spektrale Intensität” bezeichnet.
	J.e, λ[nb 4]	Watt pro Quadratmeter, pro Meter	W / m3	M.⋅L.−1⋅T.−3
Strahlungsausgang	M.e[nb 2]	Watt pro Quadratmeter	W / m2	M.⋅T.−3	Strahlungsfluss ausgesendet durch eine Oberfläche pro Flächeneinheit. Dies ist die emittierte Komponente der Radiosität. “Strahlungsemission” ist ein alter Begriff für diese Größe. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “Intensität” bezeichnet.
Spektraler Ausgang	M.e, ν[nb 3]	Watt pro Quadratmeter pro Hertz	W⋅m−2⋅Hz−1	M.⋅T.−2	Strahlungsaustritt von a Oberfläche pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in W⋅m gemessen−2⋅nm−1. “Spektrale Emission” ist ein alter Begriff für diese Größe. Dies wird manchmal auch verwirrenderweise als “spektrale Intensität” bezeichnet.
	M.e, λ[nb 4]	Watt pro Quadratmeter, pro Meter	W / m3	M.⋅L.−1⋅T.−3
Strahlenexposition	H.e	Joule pro Quadratmeter	J / m2	M.⋅T.−2	Strahlungsenergie empfangen von a Oberfläche pro Flächeneinheit oder äquivalente Bestrahlungsstärke von a Oberfläche über die Bestrahlungszeit integriert. Dies wird manchmal auch als “Strahlungsfluss” bezeichnet.
Spektrale Belichtung	H.e, ν[nb 3]	Joule pro Quadratmeter pro Hertz	J⋅m−2⋅Hz−1	M.⋅T.−1	Strahlenexposition von a Oberfläche pro Einheit Frequenz oder Wellenlänge. Letzteres wird üblicherweise in J⋅m gemessen−2⋅nm−1. Dies wird manchmal auch als “spektrale Fluenz” bezeichnet.
	H.e, λ[nb 4]	Joule pro Quadratmeter, pro Meter	J / m3	M.⋅L.−1⋅T.−2
Hemisphärisches Emissionsvermögen	ε	N / A		1	Strahlungsaustritt von a Oberflächegeteilt durch das von a schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Spektraler halbkugelförmiger Emissionsgrad	εν oder ελ	N / A		1	Spektraler Austritt von a Oberflächegeteilt durch das von a schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Richtungsemissionsvermögen	εΩ	N / A		1	Glanz ausgesendet durch eine Oberflächegeteilt durch das von a schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Spektrales direktionales Emissionsvermögen	εΩ, ν oder εΩ, λ	N / A		1	Spektrale Ausstrahlung ausgesendet durch eine Oberflächegeteilt durch das von a schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur wie diese Oberfläche.
Hemisphärische Absorption	EIN	N / A		1	Strahlungsfluss absorbiert durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene. Dies sollte nicht mit “Absorption” verwechselt werden.
Spektrale halbkugelförmige Absorption	EINν oder EINλ	N / A		1	Spektralfluss absorbiert durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene. Dies sollte nicht mit “spektraler Absorption” verwechselt werden.
Richtungsabsorption	EINΩ	N / A		1	Glanz absorbiert durch eine Oberfläche, geteilt durch die auf diese Oberfläche einfallende Strahlung. Dies sollte nicht mit “Absorption” verwechselt werden.
Spektrale Richtungsabsorption	EINΩ, ν oder EINΩ, λ	N / A		1	Spektrale Strahlung absorbiert durch eine Oberfläche, geteilt durch die auf diese Oberfläche einfallende spektrale Strahlung. Dies sollte nicht mit “spektraler Absorption” verwechselt werden.
Halbkugelförmiges Reflexionsvermögen	R.	N / A		1	Strahlungsfluss reflektiert durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Spektrales halbkugelförmiges Reflexionsvermögen	R.ν oder R.λ	N / A		1	Spektralfluss reflektiert durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Richtungsreflexion	R.Ω	N / A		1	Glanz reflektiert durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Spektrales Richtungsreflexionsvermögen	R.Ω, ν oder R.Ω, λ	N / A		1	Spektrale Ausstrahlung reflektiert durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Halbkugelförmige Durchlässigkeit	T.	N / A		1	Strahlungsfluss übertragen durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Spektrale halbkugelförmige Durchlässigkeit	T.ν oder T.λ	N / A		1	Spektralfluss übertragen durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Richtungsdurchlässigkeit	T.Ω	N / A		1	Glanz übertragen durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Spektrale Richtungsdurchlässigkeit	T.Ω, ν oder T.Ω, λ	N / A		1	Spektrale Ausstrahlung übertragen durch eine Oberflächegeteilt durch das von dieser Oberfläche empfangene.
Hemisphärischer Dämpfungskoeffizient	μ	wechselseitiger Zähler	m−1	L.−1	Strahlungsfluss absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Längeneinheit geteilt durch die von diesem Volumen empfangene.
Spektraler hemisphärischer Dämpfungskoeffizient	μν oder μλ	wechselseitiger Zähler	m−1	L.−1	Spektraler Strahlungsfluss absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Längeneinheit geteilt durch die von diesem Volumen empfangene.
Richtungsdämpfungskoeffizient	μΩ	wechselseitiger Zähler	m−1	L.−1	Glanz absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Längeneinheit geteilt durch die von diesem Volumen empfangene.
Spektraler Richtungsdämpfungskoeffizient	μΩ, ν oder μΩ, λ	wechselseitiger Zähler	m−1	L.−1	Spektrale Ausstrahlung absorbiert und verstreut durch eine Volumen pro Längeneinheit geteilt durch die von diesem Volumen empfangene.
Siehe auch: SI · · Radiometrie · · Photometrie

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]