Поглощение (электромагнитное излучение)

В физике связанные поглощение электромагнитного излучения это то, как материя (обычно электроны, в атомах ) поглощает фотона — энергию — и таким образом преобразует электромагнитную энергию во внутреннюю энергию поглотителя (например, тепловую энергию ). ^[1]

Заметным эффектом поглощения электромагнитного излучения является ослабление излучения; Затухание — это постепенное уменьшение интенсивности световых волн по мере их распространения в среде.

Хотя поглощение волн обычно не зависит от их интенсивности (линейное поглощение), в определенных условиях ( оптика ) прозрачность среды изменяется в раз, изменяющемся в зависимости от интенсивности волны, и происходит насыщающееся поглощение (или нелинейное поглощение).

Количественная оценка поглощения

Многие подходы потенциально могут количественно оценить поглощение радиации, основные примеры приведены ниже.

Коэффициент поглощения вместе с некоторыми тесно связанными производными величинами
Коэффициент затухания (примечание: используется нечасто в значении, синониме «коэффициента поглощения») ^{[ нужна ссылка ]}
Молярный коэффициент затухания (также называемый «молярным коэффициентом поглощения»), который представляет собой коэффициент поглощения, разделенный на молярность (см. Также закон Бера – Ламберта ).
Коэффициент массового ослабления (также называемый «коэффициентом массового затухания»), который представляет собой коэффициент поглощения, разделенный на плотность.
Сечение поглощения и сечение рассеяния тесно связаны с коэффициентами поглощения и затухания соответственно.
«Вымирание» в астрономии , что эквивалентно коэффициенту затухания.
Другие меры поглощения излучения, включая глубину проникновения и скин-эффект , постоянную распространения , константу затухания , фазовую постоянную и комплексное волновое число , комплексный показатель преломления и коэффициент затухания , комплексную диэлектрическую проницаемость , электрическое сопротивление и проводимость .
Сопутствующие показатели, включая поглощение (также называемое «оптической плотностью») и оптическую толщину (также называемую «оптической толщиной»).

Все эти величины, по крайней мере в некоторой степени, измеряют, насколько хорошо среда поглощает излучение. Какие из них используют практики, зависит от области и техники, часто просто из-за условностей.

Измерение поглощения

Поглощение отражаться объекта определяет, какая часть падающего света поглощается им (вместо того, чтобы или преломляться ) . Это может быть связано с другими свойствами объекта посредством закона Бера-Ламберта .

Точные измерения оптической плотности на многих длинах волн позволяют идентифицировать вещество с помощью абсорбционной спектроскопии , при которой образец освещается с одной стороны и измеряется интенсивность света, выходящего из образца во всех направлениях. Несколькими примерами поглощения являются спектроскопия ультрафиолетового и видимого диапазона , инфракрасная спектроскопия и рентгеновская спектроскопия поглощения .

Приложения

Понимание и измерение поглощения электромагнитного излучения имеет множество применений.

В радиораспространении это представлено распространением вне прямой видимости . Например, см. расчет затухания радиоволн в атмосфере, используемый при проектировании спутниковой линии связи.
В метеорологии и климатологии глобальные и локальные температуры частично зависят от поглощения радиации атмосферными газами (например, парниковый эффект ) и поверхностью суши и океана (см. альбедо ).
В медицине рентгеновские лучи в разной степени поглощаются разными тканями ( в частности, костями ), что является основой рентгеновской визуализации .
В химии и материаловедении разные материалы и молекулы поглощают излучение в разной степени на разных частотах, что позволяет идентифицировать материал.
В оптике солнцезащитные очки, цветные фильтры, красители и другие подобные материалы разрабатываются специально с учетом того, какие видимые длины волн они поглощают и в каких пропорциях они находятся.
В биологии фотосинтезирующие организмы требуют, чтобы свет соответствующих длин волн поглощался активной областью хлоропластов , чтобы световая энергия могла быть преобразована в химическую энергию в сахарах и других молекулах.
В физике Земли известно, что D-область ионосферы значительно поглощает радиосигналы, попадающие в высокочастотный электромагнитный спектр.
В ядерной физике поглощение ядерного излучения можно использовать для измерения уровней жидкости, денситометрии или измерения толщины. ^[2]

В научной литературе известна система зеркал и линз, которая с помощью лазера «может позволить любому материалу поглощать весь свет под широким диапазоном углов». ^[3]

См. также

Ссылки

^ Бэрд, Кристофер С. (сентябрь 2019 г.). «Поглощение электромагнитного излучения» . ДоступНаука . МакГроу-Хилл. дои : 10.1036/1097-8542.001600 . Проверено 17 июня 2023 г.
^ М. Фалахати; и др. (2018). «Проектирование, моделирование и изготовление непрерывного ядерного манометра для измерения уровней жидкости». Журнал приборостроения . 13 (2): 02028. Бибкод : 2018JInst..13P2028F . дои : 10.1088/1748-0221/13/02/P02028 . S2CID 125779702 .
^ «Антилазер обеспечивает почти идеальное поглощение света» . Мир физики . 31 августа 2022 г.

Томас, Майкл Э. (январь 2006 г.). Оптическое распространение в линейных средах: атмосферные газы и частицы, твердотельные компоненты и вода . Издательство Оксфордского университета, США. стр. 3... (гл. 1, 2, 7). Бибкод : 2006oplm.book.....T . ISBN 978-0-19-509161-8 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
ПрофХофф, Кен Меллендорф; Винс Колдер (ноябрь 2010 г.). «Отражение и поглощение» . Архив физики — Спросите учёного . Аргоннская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала 21 ноября 2010 г. Проверено 14 ноября 2010 г.

[1] Бэрд, Кристофер С. (сентябрь 2019 г.). «Поглощение электромагнитного излучения» . ДоступНаука . МакГроу-Хилл. дои : 10.1036/1097-8542.001600 . Проверено 17 июня 2023 г.

[2] М. Фалахати; и др. (2018). «Проектирование, моделирование и изготовление непрерывного ядерного манометра для измерения уровней жидкости». Журнал приборостроения . 13 (2): 02028. Бибкод : 2018JInst..13P2028F . дои : 10.1088/1748-0221/13/02/P02028 . S2CID 125779702 .

[3] «Антилазер обеспечивает почти идеальное поглощение света» . Мир физики . 31 августа 2022 г.

[1]

[2]

[3]