Coeficiente de atenuação - Attenuation coefficient
O coeficiente de atenuação linear , coeficiente de atenuação ou coeficiente de atenuação de feixe estreito caracteriza a facilidade com que um volume de material pode ser penetrado por um feixe de luz , som , partículas ou outra energia ou matéria . Um valor de coeficiente grande representa um feixe se tornando "atenuado" à medida que passa por um determinado meio, enquanto um valor pequeno representa que o meio teve pouco efeito sobre a perda. A unidade SI do coeficiente de atenuação é o medidor recíproco (m -1 ). O coeficiente de extinção é um termo antigo para essa quantidade, mas ainda é usado em meteorologia e climatologia . Mais comumente, a quantidade mede o valor da distância de e- dobra para baixo da intensidade original conforme a energia da intensidade passa por uma unidade (por exemplo, um metro) de espessura do material, de modo que um coeficiente de atenuação de 1 m -1 significa que depois passando por 1 metro, a radiação será reduzida por um fator de e , e para materiais com coeficiente de 2 m -1 , será reduzida duas vezes por e , ou e 2 . Outras medidas podem usar um fator diferente de e , como o coeficiente de atenuação decádica abaixo. O coeficiente de atenuação de feixe amplo conta a radiação espalhada para frente como transmitida em vez de atenuada e é mais aplicável à proteção contra radiação .
Visão geral
O coeficiente de atenuação descreve a extensão na qual o fluxo radiante de um feixe é reduzido conforme ele passa por um material específico. É usado no contexto de:
- Raios X ou raios gama , onde é denotado μ e medido em cm −1 ;
- nêutrons e reatores nucleares , onde é chamado de seção transversal macroscópica (embora na verdade não seja uma seção dimensionalmente falando), denotado Σ e medido em m −1 ;
- atenuação de ultrassom , onde é denotada como α e medida em dB ⋅cm −1 ⋅MHz −1 ;
- acústica para caracterizar a distribuição do tamanho das partículas , onde é denotada como α e medida em m -1 .
O coeficiente de atenuação é chamado de "coeficiente de extinção" no contexto de
- transferência radiativa solar e infravermelha na atmosfera , embora geralmente denotada por outro símbolo (dado o uso padrão de μ = cos θ para caminhos inclinados);
Um pequeno coeficiente de atenuação indica que o material em questão é relativamente transparente , enquanto um valor maior indica maiores graus de opacidade . O coeficiente de atenuação depende do tipo de material e da energia da radiação. Geralmente, para a radiação eletromagnética, quanto maior a energia dos fótons incidentes e menos denso o material em questão, menor será o coeficiente de atenuação correspondente.
Definições matemáticas
Coeficiente de atenuação
O coeficiente de atenuação de um volume, denotado μ , é definido como
Onde
- Φ e é o fluxo radiante ;
- z é o comprimento do caminho da viga.
Coeficiente de atenuação hemisférica espectral
O coeficiente de atenuação hemisférica espectral em frequência e o coeficiente de atenuação hemisférica espectral no comprimento de onda de um volume, denotados μ ν e μ λ respectivamente, são definidos como
Onde
- Φ e, ν é o fluxo espectral radiante em frequência ;
- Φ e, λ é o fluxo espectral radiante em comprimento de onda .
Coeficiente de atenuação direcional
O coeficiente de atenuação direcional de um volume, denotado μ Ω , é definido como
onde L e, Ω é o brilho .
Coeficiente de atenuação direcional espectral
O coeficiente de atenuação direcional espectral na frequência e o coeficiente de atenuação direcional espectral no comprimento de onda de um volume, denotados μ Ω, ν e μ Ω, λ respectivamente, são definidos como
Onde
- L e, Ω, ν é a radiância espectral em frequência ;
- L e, Ω, λ é a radiância espectral em comprimento de onda .
Coeficientes de absorção e espalhamento
Quando um feixe estreito ( colimado ) passa por um volume, o feixe perderá intensidade devido a dois processos: absorção e espalhamento .
Coeficiente de absorção de um volume, denotado μ um , e coeficiente de dispersão de um volume, denotado μ s , são definidos da mesma maneira que para o coeficiente de atenuação.
O coeficiente de atenuação de um volume é a soma do coeficiente de absorção e do coeficiente de espalhamento:
Apenas olhando para o feixe estreito em si, os dois processos não podem ser distinguidos. No entanto, se um detector for configurado para medir o feixe que sai em diferentes direções, ou reciprocamente usando um feixe não estreito, pode-se medir quanto do fluxo radiante perdido foi espalhado e quanto foi absorvido.
Nesse contexto, o "coeficiente de absorção" mede a rapidez com que o feixe perderia o fluxo radiante devido à absorção sozinha , enquanto o "coeficiente de atenuação" mede a perda total da intensidade do feixe estreito, incluindo também o espalhamento. "Coeficiente de atenuação de feixe estreito" sempre se refere inequivocamente ao último. O coeficiente de atenuação é pelo menos tão grande quanto o coeficiente de absorção; eles são iguais no caso idealizado de não dispersão.
Atenuação de massa, absorção e coeficientes de espalhamento
O coeficiente de atenuação de massa , o coeficiente de absorção de massa e o coeficiente de espalhamento de massa são definidos como
onde ρ m é a densidade de massa .
Coeficientes de atenuação napieriana e decádica
O coeficiente de atenuação decádica ou coeficiente de atenuação de feixe estreito decádico , denotado μ 10 , é definido como
Assim como o coeficiente de atenuação usual mede o número de reduções e -fold que ocorrem ao longo de uma unidade de comprimento de material, este coeficiente mede quantas reduções de 10-vezes ocorrem: um coeficiente decádico de 1 m -1 significa 1 m de material reduz a radiação uma vez por um fator de 10.
μ é algumas vezes chamado de coeficiente de atenuação de Napier ou coeficiente de atenuação de feixe estreito de Napier em vez de simplesmente "coeficiente de atenuação". Os termos "decádico" e "Napieriano" vêm da base usada para o exponencial na lei de Beer-Lambert para uma amostra de material, na qual os dois coeficientes de atenuação fazem parte:
Onde
- T é a transmitância da amostra de material;
- ℓ é o comprimento do caminho do feixe de luz através da amostra de material.
Em caso de atenuação uniforme , essas relações tornam-se
Casos de atenuação não uniforme ocorrem em aplicações de ciências atmosféricas e teoria de proteção de radiação , por exemplo.
O coeficiente de atenuação (Napieriano) e o coeficiente de atenuação decádica de uma amostra de material estão relacionados às densidades numéricas e às concentrações de quantidade de suas espécies atenuantes de N como
Onde
- σ i é a seção transversal de atenuação das espécies atenuantes i na amostra de material;
- n i é a densidade numérica das espécies atenuantes i na amostra de material;
- ε i é o coeficiente de atenuação molar da espécie atenuante i na amostra de material;
- c i é a quantidade de concentração da espécie atenuante i na amostra de material,
por definição da seção transversal de atenuação e coeficiente de atenuação molar.
A seção transversal de atenuação e o coeficiente de atenuação molar estão relacionados por
e densidade numérica e concentração de quantidade por
onde N A é a constante de Avogadro .
A camada de meio-valor (HVL) é a espessura de uma camada de material necessária para reduzir o fluxo radiante da radiação transmitida à metade de sua magnitude incidente. A camada de meio valor é cerca de 69% (ln 2) da profundidade de penetração . Os engenheiros usam essas equações para prever quanta espessura de proteção é necessária para atenuar a radiação até os limites aceitáveis ou regulamentares.
O coeficiente de atenuação também está inversamente relacionado ao caminho livre médio . Além disso, está intimamente relacionado com a seção transversal de atenuação .
Unidades de radiometria SI
Quantidade | Unidade | Dimensão | Notas | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Nome | Símbolo | Nome | Símbolo | Símbolo | ||||
Energia radiante | Q e | joule | J | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Energia da radiação eletromagnética. | |||
Densidade de energia radiante | w e | joule por metro cúbico | J / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | Energia radiante por unidade de volume. | |||
Fluxo radiante | Φ e | watt | W = J / s | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Energia radiante emitida, refletida, transmitida ou recebida, por unidade de tempo. Isso às vezes também é chamado de "poder radiante". | |||
Fluxo espectral | Φ e, ν | watt por hertz | W / Hz | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Fluxo radiante por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅nm −1 . | |||
Φ e, λ | watt por metro | W / m | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Intensidade radiante | I e, Ω | watt por steradian | W / sr | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Fluxo radiante emitido, refletido, transmitido ou recebido, por unidade de ângulo sólido. Esta é uma quantidade direcional . | |||
Intensidade espectral | I e, Ω, ν | watt por steradian por hertz | W⋅sr −1 ⋅Hz −1 | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Intensidade radiante por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅sr −1 ⋅nm −1 . Esta é uma quantidade direcional . | |||
I e, Ω, λ | watt por steradian por metro | W⋅sr −1 ⋅m −1 | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Radiance | L e, Ω | watt por steradian por metro quadrado | W⋅sr −1 ⋅m −2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante emitido, refletido, transmitido ou recebido por uma superfície , por unidade de ângulo sólido por unidade de área projetada. Esta é uma quantidade direcional . Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Radiância espectral | L e, Ω, ν | watt por steradian por metro quadrado por hertz | W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Radiância de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅nm −1 . Esta é uma quantidade direcional . Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". | |||
L e, Ω, λ | watt por steradian por metro quadrado, por metro | W⋅sr −1 ⋅m −3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Densidade de fluxo de irradiância |
E e | watt por metro quadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante recebido por uma superfície por unidade de área. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Irradiância espectral Densidade de fluxo espectral |
E e, ν | watt por metro quadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Irradiância de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". Unidades não SI de densidade de fluxo espectral incluem jansky (1 Jy = 10 −26 W⋅m −2 ⋅Hz −1 ) e unidade de fluxo solar (1 sfu = 10 −22 W⋅m −2 ⋅Hz −1 = 10 4 Jy). | |||
E e, λ | watt por metro quadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Radiosidade | J e | watt por metro quadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante saindo (emitido, refletido e transmitido por) uma superfície por unidade de área. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Radiosidade espectral | J e, ν | watt por metro quadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Radiosidade de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅m −2 ⋅nm −1 . Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". | |||
J e, λ | watt por metro quadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Saída radiante | M e | watt por metro quadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante emitido por uma superfície por unidade de área. Este é o componente emitido da radiosidade. "Emitância radiante" é um termo antigo para essa quantidade. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Saída espectral | M e, ν | watt por metro quadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Saída radiante de uma superfície por unidade de freqüência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅m −2 ⋅nm −1 . "Emitância espectral" é um termo antigo para essa quantidade. Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". | |||
M e, λ | watt por metro quadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Exposição radiante | H e | joule por metro quadrado | J / m 2 | M ⋅ T −2 | Energia radiante recebida por uma superfície por unidade de área, ou equivalentemente irradiância de uma superfície integrada ao longo do tempo de irradiação. Isso às vezes também é chamado de "fluência radiante". | |||
Exposição espectral | H e, ν | joule por metro quadrado por hertz | J⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −1 | Exposição radiante de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em J⋅m −2 ⋅nm −1 . Isso às vezes também é chamado de "fluência espectral". | |||
H e, λ | joule por metro quadrado, por metro | J / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | |||||
Emissividade hemisférica | ε | N / D | 1 | Saída radiante de uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura dessa superfície. | ||||
Emissividade hemisférica espectral |
ε ν ou ε λ |
N / D | 1 | Saída espectral de uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura dessa superfície. | ||||
Emissividade direcional | ε Ω | N / D | 1 | Radiância emitida por uma superfície , dividida pela emitida por um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície. | ||||
Emissividade direcional espectral |
ε Ω, ν ou ε Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral emitida por uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície. | ||||
Absorção hemisférica | UMA | N / D | 1 | Fluxo radiante absorvido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância ". | ||||
Absortância hemisférica espectral |
A ν ou A λ |
N / D | 1 | Fluxo espectral absorvido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância espectral ". | ||||
Absorção direcional | A Ω | N / D | 1 | Radiância absorvida por uma superfície , dividida pela radiância incidente sobre essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância ". | ||||
Absorção direcional espectral |
A Ω, ν ou A Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral absorvida por uma superfície , dividida pela radiância espectral incidente sobre essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância espectral ". | ||||
Refletância hemisférica | R | N / D | 1 | Fluxo radiante refletido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Refletância hemisférica espectral |
R ν ou R λ |
N / D | 1 | Fluxo espectral refletido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Refletância direcional | R Ω | N / D | 1 | Radiância refletida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Refletância direcional espectral |
R Ω, ν ou R Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral refletida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Transmitância hemisférica | T | N / D | 1 | Fluxo radiante transmitido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Transmitância hemisférica espectral |
T ν ou T λ |
N / D | 1 | Fluxo espectral transmitido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Transmitância direcional | T Ω | N / D | 1 | Radiância transmitida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Transmitância direcional espectral |
T Ω, ν ou T Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral transmitida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Coeficiente de atenuação hemisférica | µ | medidor recíproco | m -1 | L -1 | Fluxo radiante absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume. | |||
Coeficiente de atenuação hemisférica espectral |
μ ν ou μ λ |
medidor recíproco | m -1 | L -1 | Fluxo radiante espectral absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume. | |||
Coeficiente de atenuação direcional | μ Ω | medidor recíproco | m -1 | L -1 | O brilho absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume. | |||
Coeficiente de atenuação direcional espectral |
μ Ω, ν ou μ Ω, λ |
medidor recíproco | m -1 | L -1 | A radiância espectral absorvida e espalhada por um volume por unidade de comprimento, dividido pela recebida por esse volume. | |||
Veja também: SI · Radiometria · Fotometria |
Veja também
- Absorção (radiação eletromagnética)
- Seção transversal de absorção
- Espectro de absorção
- Atenuação acústica
- Atenuação
- Comprimento de atenuação
- Lei Beer-Lambert
- Escaneamento de carga
- Borda Compton
- Efeito Compton
- Cálculo da atenuação de ondas de rádio na atmosfera
- Seção transversal (física)
- Atmosfera cinza
- Raios-X de alta energia
- Coeficiente de atenuação de massa
- Significa caminho livre
- Constante de propagação
- Comprimento de radiação
- Teoria de dispersão
- Transmitância
Referências
links externos
- Coeficientes de absorção α de materiais de construção e acabamentos
- Coeficientes de absorção de som para alguns materiais comuns
- Tabelas de Coeficientes de Atenuação de Massa de Raios-X e Coeficientes de Absorção de Energia de Massa de 1 keV a 20 MeV para os Elementos Z = 1 a 92 e 48 Substâncias Adicionais de Interesse Dosimétrico
- IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2ª ed. (o "Livro do Ouro") (1997). Versão corrigida online: (2006–) " Coeficiente de absorção ". doi : 10.1351 / goldbook.A00037