Grad af absorption

Den grad af absorption , også: graden af absorption , angiver hvilken del af kraften i en indfaldende bølge (for eksempel lyd eller elektromagnetisk stråling , såsom lys ) er absorberet af en overflade , dvs. H. er optaget. ${\ displaystyle \ alpha}$

Grundlæggende korrelationer af den forstyrrede spredning

• Den emissivitet ε er et mål for den (retningsbestemt eller ikke-retningsbestemt) intensitet , som organet selv er kilden
• Den grad af remission , sædvanligvis også ρ , er et mål for det samlede reflekterede intensitet at resultaterne fra refleksion og emission.
• Graden af absorption α er et mål for intensiteten absorberet af kroppen.
• Den transmittans τ er et mål for den transmitterede intensitet.
• Den grad af spredning δ er et mål for den intensitet , der er blevet omdannet til termisk energi , dvs. som er blevet "tabte" gennem dissipation .
• Den grad af refleksion ρ er et mål for den reflekterede intensitet, der kommer udefra.

I akustik anvendes transmissionsgraden  τ som en del af absorptionsgraden  α , fordi det for rumakustik ikke betyder noget, om lydenergien i et rum går tabt ved omdannelse til termisk energi eller i det fri eller til en nærliggende værelse:

${\ displaystyle \ alpha = \ delta + \ tau}$

Dette resulterer i følgende for lyden:

${\ displaystyle {\ begin {alignat} {2} \ Rightarrow & \ rho + \ alpha && = 1 \\\ Leftrightarrow & \ rho + (\ delta + \ tau) && = 1 \ end {alignat}}}$

I tilfælde af elektromagnetisk stråling behandles absorption og transmission på den anden side separat, da den samlede emission af et legeme normalt er af interesse her, ikke retningen. I dette tilfælde er absorptionsgraden et mål for den "mistede" intensitet:

${\ displaystyle \ rho + \ tau + \ alpha = 1}$

Dvs. den udstrålede energi (intensitet) reflekteres dels, deles igennem, og resten absorberes ( "sluges" af mediet ).

Lydbølger

I tilfælde af lydbølger angiver graden af ​​absorption, hvor stor den absorberede del af den samlede indfaldende lyd er udtrykt i hvert tilfælde i lydintensiteter : ${\ displaystyle I}$

${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {I _ {\ mathrm {a}}} {I_ {0}}}}$

• ved α = 1 absorberes hele den indfaldende lyd, dvs. H. en refleksion finder ikke længere sted (eksempel: åbent vindue eller ideelt anekoisk rum ).
• ved α = 0,5 absorberes 50% af lydenergien og reflekteres 50%.
• ved α = 0 er der ingen absorption, hele indfaldende lyd reflekteres.

Afhængigt af lydabsorptionssystemet er absorptionskoefficienten normalt mellem 0,2 og 0,8 afhængigt af overfladematerialet og frekvensen . Lejlighedsvis gives værdier større end 1. Dette bestemmes under praktiske forhold og tager højde for det faktum, at det effektive areal af en absorber er lidt større end dets geometriske område.

Forholdet mellem absorberet og reflekteret lydenergi spiller en afgørende rolle for lydfølelsen i et rum :${\ displaystyle {\ tfrac {\ alpha} {\ rho}} =?}$

Absorbens

Absorptionsevnen  A (også det tilsvarende absorptionsareal eller det åbne vinduesareal ) på en mur angiver, hvor lille væggen kunne være med den samme absorptionseffekt, hvis den ideelt ville absorbere:

${\ displaystyle A = \ alpha \ cdot S}$

med murarealet  S i m².

Det tilsvarende absorptionsareal er angivet i enheden Sabin .

Eftersom absorptionen effekt i et materiale stiger med hastigheden af lyd , bør absorberen være effektivt i den hurtige maksimum ved væg afstand  d / 4 eller have en tilsvarende tæthed . Lydtryksminimumet , som ligger nøjagtigt på det hurtige maksimums punkt, er lettere at måle .

Elektromagnetisk stråling

En del af strålingen, der rammer overfladen af ​​et legeme, reflekteres normalt , en del transmitteres gennem kroppen, og resten absorberes. Den absorberede energi øger kroppens indre energi . Graden af absorption (også absorptionskoefficient eller spektral absorptionskoefficient SAC) indikerer hvilken brøkdel af den indfaldende stråling, der absorberes. Det kan antage værdier mellem 0 og 1, de ekstreme værdier 0 og 1 nås kun omtrent i praksis. Graden af ​​absorption kan afhænge af indfaldsretningen og hyppigheden af den indfaldende stråling. Afhængigt af om disse retnings- og frekvensfordelinger eksplicit skal tages i betragtning eller ej, kan der angives fire forskellige grader af absorption.

Rettet spektral absorption

Den spektrale bestråling (enhed: W · m ^-2 · Hz ^-1 · sr ^-1 ), som et legeme udsættes for, angiver strålingseffekten ved frekvensen fra den retning, der er angivet af den polære vinkel og azimutvinklen pr. Område pr. Frekvens bredde og rammer kroppen pr. fast vinkel . ${\ displaystyle K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu)}$ ${\ displaystyle \ nu}$ ${\ displaystyle \ beta}$ ${\ displaystyle \ varphi}$

Den rettet spektrale absorptionskoefficient for et legeme angiver, hvilken brøkdel af den spektrale bestråling ved frekvensen fra indfaldet gennem vinklerne og den givne retning absorberes af et overfladeelement i kroppen: ${\ displaystyle \ nu}$${\ displaystyle \ beta}$${\ displaystyle \ varphi}$${\ displaystyle K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu)}$

${\ displaystyle a _ {\ nu} ^ {\ prime} (\ beta, \ varphi, \ nu, T) = {\ frac {K _ {\ Omega \ nu} ^ {\ mathrm {abs}} (\ beta , \ varphi, \ nu)} {K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu)}} \,}$.

Den dirigerede spektrale absorptionskoefficient er en materiel egenskab og afhænger ikke af egenskaberne ved den spektrale bestråling (stammer fra eksterne strålingskilder). Det er normalt retningsbestemt og frekvensafhængigt og påvirkes også stærkt af kroppens overfladeegenskaber (f.eks. Ruhed).

Halvkugle spektral absorbans

Den spektrale bestråling (enhed: W m ^-2 Hz ^-1 ), som et legeme udsættes for, indikerer, hvilken strålingseffekt rammer kroppen ved frekvensen fra hele halvrummet pr. Enhedsenhed og pr. Enhedsfrekvensinterval: ${\ displaystyle E _ {\ nu} (\ nu)}$${\ displaystyle \ nu}$

${\ displaystyle E _ {\ nu} (\ nu) = \ int _ {\ mathrm {halvt mellemrum}} \, K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu) \, \ cos ( \ beta) \, \ mathrm {d} \ Omega}$.

Den cosinusfaktoren tegner sig for det faktum, at under bestråling fra enhver gennem og kun i denne retning vinkelret projektion given retning af overfladen forekommer som den effektive modtagende overflade. er et solidt vinkelelement: ${\ displaystyle \ varphi}$${\ displaystyle \ beta}$${\ displaystyle \ cos (\ beta) \ mathrm {d} A}$${\ displaystyle \ mathrm {d} A}$${\ displaystyle \ mathrm {d} \ Omega}$

${\ displaystyle \ mathrm {d} \ Omega = \ sin (\ varphi) \, \ mathrm {d} \ beta \, \ mathrm {d} \ varphi}$.

Den krops hemisfæriske spektrale absorptionskoefficient indikerer, hvilken brøkdel af den spektrale bestråling, der forekommer ved frekvensen fra halvrummet, absorberes af et overfladeelement i kroppen: ${\ displaystyle \ nu}$${\ displaystyle E _ {\ nu} (\ nu)}$

${\ displaystyle a _ {\ nu} (\ nu, T) = {\ frac {E _ {\ nu} ^ {\ mathrm {abs}} (\ nu)} {E _ {\ nu} (\ nu) }} \,}$

${\ displaystyle = {\ frac {1} {E _ {\ nu} (\ nu)}} \, \ int _ {\ mathrm {half-space}} \, a _ {\ nu} ^ {\ prime} (\ beta, \ varphi, \ nu, T) K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu) \, \ cos (\ beta) \, \ mathrm {d} \ Omega \,}$.

Rettet total absorptionskoefficient

Den bestråling (enhed: W m ^-2 sr ^-1 ), hvortil et legeme udsættes indikerer hvilken strålingsenergi rammer kroppen ved alle frekvenser fra given retning gennem vinklen og retningen per arealenhed og pr rumvinkel enhed: ${\ displaystyle K _ {\ Omega} (\ beta, \ varphi)}$${\ displaystyle \ beta}$${\ displaystyle \ varphi}$

${\ displaystyle K _ {\ Omega} (\ beta, \ varphi) = \ int _ {\ nu = 0} ^ {\ infty} \, K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu ) \, \ mathrm {d} \ nu}$.

Den rettet samlede absorptionskoefficient for et legeme angiver, hvilken brøkdel af strålingstætheden, der forekommer ved alle frekvenser fra vinklen og den givne retning, absorberes af et overfladeelement i kroppen: ${\ displaystyle \ beta}$${\ displaystyle \ varphi}$${\ displaystyle K _ {\ Omega} (\ beta, \ varphi)}$

${\ displaystyle a ^ {\ prime} (\ beta, \ varphi, T) = {\ frac {K _ {\ Omega} ^ {\ mathrm {abs}} (\ beta, \ varphi)} {K _ {\ Omega} (\ beta, \ varphi)}}$

${\ displaystyle = {\ frac {1} {K _ {\ Omega} (\ beta, \ varphi)}} \, \ int _ {\ nu = 0} ^ {\ infty} \, en _ {\ nu} ^ {\ prime} (\ beta, \ varphi, \ nu, T) K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu) \, \ mathrm {d} \ nu}$.

Total hemisfærisk absorptionskoefficient

Den bestråling (enhed: W m ^-2 ), hvortil et legeme udsættes indikerer hvilken strålingsenergi rammer kroppen ved alle frekvenser fra hele halvrummet per arealenhed: ${\ displaystyle E}$

${\ displaystyle E = \ int _ {\ nu = 0} ^ {\ infty} \ int _ {\ mathrm {half-space}} \, K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu ) \, \ cos (\ beta) \, \ mathrm {d} \ Omega \, \ mathrm {d} \ nu}$.

Den halvkugleformede samlede absorptionskoefficient for et legeme angiver, hvilken del af bestrålingen, der hændes på alle frekvenser fra halvrummet, absorberes af et overfladeelement i kroppen: ${\ displaystyle E}$

${\ displaystyle a (T) \, = {\ frac {E ^ {\ mathrm {abs}}} {E}} = {\ frac {1} {E}} \, \ int _ {0} ^ {\ infty} \, \ int _ {\ mathrm {half space}} \, a _ {\ nu} ^ {\ prime} (\ beta, \ varphi, \ nu, T) K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu) \, \ cos (\ beta) \, \ mathrm {d} \ Omega \, \ mathrm {d} \ nu}$.

Alle strålestørrelser og absorptionsgrader kan naturligvis også formuleres som en funktion af bølgelængden i stedet for frekvensen.

ejendomme

(gennemsnit) grad af absorption for solstråling

materiale	a
Aluminium poleret	0,20
asfalt	0,93
Blade , grønne	0,71 ... 0,79
Tagpap , sort	0,82
Jern, ru	0,75
Jern, galvaniseret	0,38
Guld , poleret	0,29
Kobber, oxideret	0,70
Kobber poleret	0,18
Marmor , hvid	0,46
sod	0,96 (ca.)
skifer	0,88
Sne , rent	0,20 ... 0,35
Sølv , poleret	0,13
Mursten , rød	0,75
Hvid zink	0,22

Den retningsbestemte spektrale absorptionskoefficient beskriver retning og frekvensafhængighed af strålingsabsorptionen. Den halvkugleformede spektrale absorptionskoefficient beskriver kun frekvensafhængigheden, den rettede totale absorptionskoefficient kun den retningsbestemte afhængighed og den halvkugleformede samlede absorptionskoefficient kun den samlede absorberede strålingseffekt.

Kun den rettede spektrale absorptionskoefficient er en materiel egenskab for den pågældende krop. De andre absorptionsgrader afhænger også af retning og frekvensfordeling af den indfaldende stråling (bestemt af eksterne strålingskilder). For eksempel har hvid maling en lav spektral absorptionskoefficient i det synlige frekvensområde, dvs. det absorberer kun en lille andel af indfaldende solstråling : den samlede absorptionskoefficient er lav for stråling i dette frekvensområde. På den langbølgede infrarøde side har den derimod en høj grad af spektral absorption, dvs. den absorberer en høj andel af indfaldende termisk stråling (udsendes ved stuetemperatur) : den samlede absorptionsgrad er høj for stråling i denne frekvens rækkevidde.

Ifølge Kirchhoffs strålingslov er den retningsbestemte spektrale absorptionskoefficient for hver krop den samme som den retningsbestemte spektrale emissivitet . For de andre grader af absorption og emissivitet gælder det samme kun under yderligere betingelser.

En ideelt absorberende krop, der fuldstændigt absorberer al elektromagnetisk stråling, der rammer den, kaldes en sort krop . I henhold til Kirchhoffs lov om stråling er det også en ideel emitter, der udsender den størst fysisk mulige termiske strålingsoutput . Den udsendte stråling har også en universel frekvensfordeling, som er beskrevet af Plancks lov om stråling .

Et legeme, hvis retningsbestemte spektrale absorptionsfaktor ikke afhænger af retningen, er en diffus absorber. Et legeme, hvis retningsbestemte spektrale absorptionsfaktor ikke afhænger af frekvensen, er en grå krop . I begge tilfælde er der ofte betydelige forenklinger af strålingsberegninger , så virkelige legemer ofte - så vidt muligt - næsten betragtes som diffuse absorbere og grå kroppe.

litteratur

• HD Baehr, K. Stephan: Varme og masseoverførsel . 4. udgave. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-40130-X , kap. 5: termisk stråling.

Weblinks

• Lydabsorptionsfaktor større end 1 - ark 2 - illustrationer (PDF; 91 kB)
• Lidt kendt: lydabsorptionskoefficient større end 1 - ark 1 (PDF; 29 kB)

Individuelle beviser

1. ↑ Lydabsorptionskoefficient større end 1 - sengpielaudio.com, ark 1 (PDF; 29 kB), ark 2 - billeder (PDF; 94 kB)