Степень абсорбции

Степень абсорбции , также: степень глотании , указывает на то, какая часть мощности падающей волны (например , звуковой или электромагнитное излучение , таких как свет ) будет поглощаться поверхностью , т.е. ЧАС. записывается. ${\ displaystyle \ alpha}$

Основные отношения нарушенного распространения

Коэффициент излучения ε - это мера (направленной или ненаправленной) интенсивности, источником которой является само тело.
Степень ремиссии , как правило , также ρ , является мера общей интенсивности отраженной , что результаты от отражения и излучения.
Степень поглощения α является мерой интенсивности поглощения тела.
Коэффициент пропускания τ является мерой передаваемой интенсивности.
Степень диссипации б является мерой интенсивности , которая была преобразована в тепловую энергию , т.е. , что было «потерянной» через диссипацию .
Степень отражения р является мерой отраженной интенсивности , которая приходит извне.

В акустике степень передачи τ используется как часть степени поглощения α , потому что для акустики помещения не имеет значения, теряется ли звуковая энергия в комнате из-за преобразования в тепловую энергию или в наружный воздух или в соседний воздух. номер:

{\ Displaystyle \ альфа = \ дельта + \ тау}

Это приводит к следующему для звука:

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

С другой стороны, в случае электромагнитного излучения поглощение и передача рассматриваются отдельно, поскольку здесь обычно интересует общее излучение тела, а не направление. В этом случае степень поглощения является мерой «потерянной» интенсивности:

{\ Displaystyle \ ро + \ тау + \ альфа = 1}

Т.е. излучаемая энергия (интенсивность) частично отражается, частично пропускается, а остальная часть поглощается ( «поглощается» средой ).

Звуковые волны

В случае звуковых волн степень поглощения показывает, насколько велика поглощенная часть общего падающего звука, выраженная в интенсивности звука : ${\ displaystyle I}$

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

при α = 1 весь падающий звук поглощается, т.е. ЧАС. отражение больше не происходит (например, открытое окно или идеальная безэховая комната ).
при α = 0,5 50% звуковой энергии поглощается и 50% отражается.
при α = 0 поглощения нет, весь падающий звук отражается.

В зависимости от системы звукопоглощения коэффициент поглощения обычно составляет от 0,2 до 0,8, в зависимости от материала поверхности и частоты . Иногда приводятся значения больше 1. Это определяется в практических условиях и учитывает тот факт, что эффективная площадь поглотителя немного больше его геометрической площади.

Соотношение поглощенной и отраженной звуковой энергии играет решающую роль в звуковом ощущении в помещении : ${\ Displaystyle {\ tfrac {\ alpha} {\ rho}} =?}$

Впитывающая способность

Впитывающая способность A (также эквивалентная впитывающая площадь или площадь открытого окна ) стены указывает, насколько маленькой могла бы быть стена с таким же впитывающим эффектом, если бы она впитывала идеально:

{\ Displaystyle А = \ альфа \ cdot S}

с площадью стен S в м².

Эквивалентная площадь поглощения дана в единицах измерения Сабина .

Поскольку эффект поглощения в материале увеличивается со скоростью звука , поглотитель должен эффективно находиться в быстром максимуме на расстоянии до стены d / 4 или иметь соответствующую плотность . Минимум звукового давления , который находится точно в точке быстрого максимума, легче измерить .

Электромагнитное излучение

Часть излучения , поражающего поверхность тела , как правило , отражается , часть передается через тело , а остальное поглощается. Поглощенная энергия увеличивает внутреннюю энергию тела. Степень поглощения (также коэффициент поглощения или спектральный коэффициент поглощения SAC) указывает, какая часть падающего излучения поглощается. Он может принимать значения от 0 до 1, экстремальные значения 0 и 1 на практике достигаются только приблизительно. Степень поглощения может зависеть от направления падения и частоты падающего излучения. В зависимости от того, следует ли явно учитывать это распределение по направлениям и частотам или нет, можно указать четыре различных степени поглощения.

Направленное спектральное поглощение

Спектральное излучение (единица измерения: Вт · м ^-2 · Гц ^-1 · ср ^-1 ) , к которому тело подвергается указывает мощность излучения на частоте от направления заданного с помощью полярного угла и угла азимута на единицу площади, на частоте ширину и ударяет по телу на телесный угол . ${\ Displaystyle К _ {\ Омега \ ню} (\ бета, \ varphi, \ ню)}$ ${\ displaystyle \ nu}$ ${\ displaystyle \ beta}$ ${\ displaystyle \ varphi}$

Направленного спектральный коэффициент поглощения тела указывает , какая доля спектральной освещенности падающего на частоте от угла , и данное направление будет поглощена элемента поверхности тела: ${\ displaystyle \ nu}$ ${\ displaystyle \ beta}$ ${\ displaystyle \ varphi}$ ${\ Displaystyle К _ {\ Омега \ ню} (\ бета, \ varphi, \ ню)}$

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

.

Коэффициент направленного спектрального поглощения является свойством материала и не зависит от свойств спектральной освещенности (исходящей от внешних источников излучения). Обычно она зависит от направления и частоты, а также сильно зависит от свойств поверхности тела (например, шероховатости).

Полусферическое спектральное поглощение

Спектральное излучение (единица измерения: Вт м ^-2 Гц ^-1 ) , к которому тело подвергается указывает , какая мощность излучения попадает в организм при частоте от всей полупространства на единицу площади и на единичный интервал частот: ${\ Displaystyle Е _ {\ ню} (\ ню)}$ ${\ displaystyle \ nu}$

{\ displaystyle E _ {\ nu} (\ nu) = \ int _ {\ mathrm {полупространство}} \, K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu) \, \ cos ( \ beta) \, \ mathrm {d} \ Omega}

.

Коэффициент косинусного учитывает тот факт , что в процессе облучения от любого через и только в этом направлении , перпендикулярном заданному направлению проекции поверхности происходит как эффективный приемной поверхности. элемент телесного угла: ${\ displaystyle \ varphi}$ ${\ displaystyle \ beta}$ ${\ Displaystyle \ соз (\ бета) \ mathrm {d} A}$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} A}$ ${\ Displaystyle \ mathrm {d} \ Omega}$

{\ Displaystyle \ mathrm {d} \ Omega = \ sin (\ varphi) \, \ mathrm {d} \ beta \, \ mathrm {d} \ varphi}

.

Полусферической спектральный коэффициент поглощения тела указывает , какая доля спектральной освещенности падающего на частоте от полупространства поглощается элементом поверхности тела: ${\ displaystyle \ nu}$ ${\ Displaystyle Е _ {\ ню} (\ ню)}$

{\ 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 \,}

.

Направленный общий коэффициент поглощения

Энергия излучения (единица: Вт · м ⁻² ср ⁻¹ ), которой подвергается тело, указывает, какая мощность излучения попадает на тело на всех частотах от данного направления через угол и направление на единицу площади и на единицу телесного угла: ${\ Displaystyle К _ {\ Omega} (\ бета, \ varphi)}$ ${\ displaystyle \ beta}$ ${\ displaystyle \ varphi}$

{\ Displaystyle К _ {\ Omega} (\ beta, \ varphi) = \ int _ {\ nu = 0} ^ {\ infty} \, K _ {\ Omega \ nu} (\ beta, \ varphi, \ nu ) \, \ mathrm {d} \ nu}

.

Направлено суммарный коэффициент поглощения тела указует на то, какую часть падающей плотности излучения на все частоты от угла , и данное направление будет поглощено элементом поверхности тела: ${\ displaystyle \ beta}$ ${\ displaystyle \ varphi}$ ${\ Displaystyle К _ {\ Omega} (\ бета, \ varphi)}$

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

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

.

Коэффициент полного полусферического поглощения

Интенсивность излучения (единица измерения: Вт м ^-2 ) , к которому тело подвергается указывает , какая мощность излучения попадает в организм на всех частотах от всей полупространства на единицу площади: ${\ displaystyle E}$

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

.

Полусферической суммарный коэффициент поглощения тела указывает , какая часть от освещенности , падающего на всех частотах от полупространства поглощается элементом поверхности тела: ${\ displaystyle E}$

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

.

Конечно, все размеры пучка и степени поглощения также могут быть сформулированы как функция длины волны, а не частоты.

свойства

(средняя) степень поглощения солнечного излучения
материал	α
Алюминий полированный	0,20
асфальт	0,93
Листья зеленые	0,71 ... 0,79
Рубероид черный	0,82
Железо грубое	0,75
Чугун оцинкованный	0,38
Золото полированное	0,29
Медь окисленная	0,70
Медь полированная	0,18
Мрамор , белый	0,46
сажа	0,96 (прибл.)
шифер	0,88
Снег чистый	0,20 ... 0,35
Серебро , полированное	0,13
Кирпич красный	0,75
Цинк белый	0,22

Коэффициент направленного спектрального поглощения описывает направление и частотную зависимость поглощения излучения. Коэффициент поглощения полусферический спектральный описывает только частотную зависимость, то направленный общий коэффициент поглощения только направленную зависимость и полусферический общий коэффициент поглощения только суммарная мощность излучения поглощается.

Материальным свойством рассматриваемого тела является только направленный спектральный коэффициент поглощения. Остальные степени поглощения также зависят от направления и частотного распределения падающего излучения (определяемого внешними источниками излучения). Например, белая краска имеет низкий коэффициент спектрального поглощения в видимом диапазоне частот, то есть поглощает лишь небольшую часть падающего солнечного излучения : общий коэффициент поглощения излучения в этом диапазоне частот низкий. В длинноволновом инфракрасном диапазоне, с другой стороны, он имеет высокую степень спектрального поглощения, то есть поглощает большую долю падающего теплового излучения (испускаемого при комнатной температуре) : общая степень поглощения высока для излучения на этой частоте. ассортимент.

Согласно закону излучения Кирхгофа , направленный спектральный коэффициент поглощения для каждого тела такой же, как направленный спектральный коэффициент излучения . Для других степеней поглощения и излучения то же самое применяется только при дополнительных условиях.

Идеально впитывающее тело, которое полностью поглощает все попадающее на него электромагнитное излучение, называется черным телом . Согласно закону излучения Кирхгофа, это также идеальный излучатель , излучающий максимально возможный физически возможный выход теплового излучения . Испускаемое излучение также имеет универсальное частотное распределение, которое описывается законом излучения Планка .

Тело, направленный спектральный коэффициент поглощения которого не зависит от направления, является диффузным поглотителем. Тело, направленный спектральный коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, является серым телом . В обоих случаях расчеты излучения часто значительно упрощаются , так что реальные тела часто - насколько это возможно - приблизительно рассматриваются как диффузные поглотители и серые тела.

литература

HD Baehr, К. Стефан: Тепло- и массообмен . 4-е издание. Springer, Берлин 2004, ISBN 3-540-40130-X , гл. 5: тепловое излучение.

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

↑ Коэффициент звукопоглощения больше 1 - sengpielaudio.com, лист 1 (PDF; 29 kB), лист 2 - изображения (PDF; 94 kB)

[1] Коэффициент звукопоглощения больше 1 - sengpielaudio.com, лист 1 (PDF; 29 kB), лист 2 - изображения (PDF; 94 kB)

Languages