Absorption (elektromagnetisk strålning)

En översikt över elektromagnetisk strålningsabsorption . Detta exempel diskuterar den allmänna principen med att använda synligt ljus som ett specifikt exempel. En vit ljuskälla - som avger ljus med flera våglängder - fokuseras på ett prov (paren av komplementära färger indikeras av de gula streckade linjerna). När man träffar provet absorberas fotoner som matchar energigapet hos de närvarande molekylerna (grönt ljus i det här exemplet), vilket exciterar molekylerna. Andra fotoner överförs opåverkade och om strålningen är i det synliga området (400–700 nm) visas det transmitterade ljuset som komplementfärgen (här röd). Genom att registrera dämpningen av ljus för olika våglängder kan ett absorptionsspektrum erhållas.

Inom fysiken är absorption av elektromagnetisk strålning hur materia (typiskt elektroner bundna i atomer ) tar upp en fotons energi - och så omvandlar elektromagnetisk energi till absorbatorns inre energi (till exempel termisk energi ) . En anmärkningsvärd effekt är dämpning , eller den gradvisa minskningen av ljusvågornas intensitet när de fortplantar sig genom ett medium. Även om absorptionen av vågor vanligtvis inte beror på deras intensitet (linjär absorption), under vissa förhållanden ( optik ) förändras mediets transparens med en faktor som varierar som en funktion av vågintensiteten, och mättnadsbar absorption (eller olinjär absorption) uppstår.

Kvantifiera absorption

Många tillvägagångssätt kan potentiellt kvantifiera strålningsabsorption, med nyckelexempel som följer.

Absorptionskoefficienten tillsammans med några närbesläktade härledda kvantiteter
Dämpningskoefficienten (OBS används sällan med betydelse synonymt med "absorptionskoefficient") [ ^{citat behövs ]}
Den molära dämpningskoefficienten (även kallad "molar absorptivitet"), som är absorptionskoefficienten dividerad med molaritet (se även Beer–Lamberts lag )
Massdämpningskoefficienten (även kallad "massextinktionskoefficient") , som är absorptionskoefficienten dividerad med densitet
Absorptionstvärsnittet och spridningstvärsnittet , nära relaterade till absorptions- respektive dämpningskoefficienterna
"Extinction" inom astronomi , vilket motsvarar dämpningskoefficienten
Andra mått på strålningsabsorption, inklusive penetrationsdjup och hudeffekt , utbredningskonstant , dämpningskonstant , faskonstant och komplext vågtal , komplext brytningsindex och extinktionskoefficient , komplex dielektricitetskonstant , elektrisk resistivitet och konduktivitet .
Relaterade åtgärder, inklusive absorbans (även kallad "optisk densitet") och optiskt djup (även kallad "optisk tjocklek")

Alla dessa storheter mäter, åtminstone till viss del, hur väl ett medium absorberar strålning. Vilken bland dem utövare använder varierar beroende på fält och teknik, ofta på grund av konventionen.

Mätning av absorption

Absorbansen av ett föremål kvantifierar hur mycket av det infallande ljuset som absorberas av det (istället för att reflekteras eller bryts ) . Detta kan vara relaterat till andra egenskaper hos föremålet genom Beer-Lambert-lagen .

Exakta mätningar av absorbansen vid många våglängder möjliggör identifiering av ett ämne via absorptionsspektroskopi , där ett prov belyses från ena sidan och intensiteten av ljuset som kommer ut från provet i alla riktningar mäts. Några exempel på absorption är ultraviolett-synlig spektroskopi , infraröd spektroskopi och röntgenabsorptionsspektroskopi .

Ansökningar

Grov plot av jordens atmosfäriska transmittans (eller opacitet) till olika våglängder av elektromagnetisk strålning, inklusive synligt ljus

Att förstå och mäta absorptionen av elektromagnetisk strålning har en mängd olika tillämpningar.

I radioutbredning representeras den i icke-siktlinjeutbredning . Se till exempel beräkning av radiovågsdämpning i atmosfären som används vid design av satellitlänkar.
Inom meteorologi och klimatologi beror globala och lokala temperaturer delvis på absorptionen av strålning av atmosfäriska gaser (som i växthuseffekten ) och land- och havsytor (se albedo ).
Inom medicinen absorberas röntgenstrålar i olika utsträckning av olika vävnader (särskilt ben ), vilket är grunden för röntgenbilder .
Inom kemi och materialvetenskap absorberar olika material och molekyler strålning i olika utsträckning vid olika frekvenser, vilket möjliggör materialidentifiering.
Inom optik är solglasögon, färgade filter, färgämnen och andra sådana material utformade specifikt med avseende på vilka synliga våglängder de absorberar och i vilka proportioner de är i.
Inom biologi kräver fotosyntetiska organismer att ljus med lämpliga våglängder absorberas inom det aktiva området av kloroplaster , så att ljusenergin kan omvandlas till kemisk energi i sockerarter och andra molekyler.
Inom fysiken är D-regionen av jordens jonosfär känd för att avsevärt absorbera radiosignaler som faller inom det högfrekventa elektromagnetiska spektrumet.
Inom kärnfysik kan absorption av kärnstrålning användas för att mäta vätskenivåer, densitometri eller tjockleksmätningar.

I den vetenskapliga litteraturen är känt ett system av speglar och linser som med en laser "kan göra det möjligt för vilket material som helst att absorbera allt ljus från ett brett spektrum av vinklar."

Se även

Thomas, Michael E. (januari 2006). Optisk utbredning i linjära medier: Atmosfäriska gaser och partiklar, komponenter i fast tillstånd och vatten . Optisk utbredning i linjära medier: Atmosfäriska gaser och partiklar . Oxford University Press, USA. s. 3... (kapitel 1, 2, 7). Bibcode : 2006oplm.book.....T . ISBN 978-0-19-509161-8 .
ProfHoff, Ken Mellendorf; Vince Calder (november 2010). "Reflektion och absorption" . Fysikarkiv - Fråga en vetenskapsman . Argonne National Laboratory . Arkiverad från originalet 2010-11-21 . Hämtad 2010-11-14 .