Hloubka průniku - Penetration depth - Wikipedia

Tento článek obsahuje a seznam doporučení, související čtení nebo externí odkazy, ale jeho zdroje zůstávají nejasné, protože mu chybí vložené citace. Prosím pomozte zlepšit tento článek představuji přesnější citace. (Srpna 2019) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Hloubka průniku Rentgenové záření ve vodě jako funkce fotonová energie.

Hloubka průniku je míra toho, jak hluboké světlo nebo cokoli jiného elektromagnetická radiace může proniknout do materiálu. Je definována jako hloubka, ve které intenzita záření uvnitř materiálu klesne na 1 / e (asi 37%) své původní hodnoty na (nebo přesněji pod povrch).

Když elektromagnetické záření dopadá na povrch materiálu, může se (částečně) od tohoto povrchu odrážet a do materiálu bude přenášeno pole obsahující energii. Toto elektromagnetické pole interaguje s atomy a elektrony uvnitř materiálu. V závislosti na povaze materiálu může elektromagnetické pole cestovat velmi daleko do materiálu nebo může velmi rychle vymřít. U daného materiálu bude hloubka průniku obecně funkcí vlnová délka.

Beer-Lambertův zákon

Podle Beer-Lambertův zákon, intenzita elektromagnetické vlny uvnitř materiálu exponenciálně klesá z povrchu jako

${ displaystyle I (z) = I_ {0} , e ^ {- alfa z}}$

Li ${ displaystyle delta _ {p}}$ označuje hloubku průniku, máme

${ displaystyle delta _ {p} = { frac {1} { alpha}}}$

Hloubka průniku je jeden pojem, který popisuje rozpad elektromagnetických vln uvnitř materiálu. Výše uvedená definice se týká hloubky ${ displaystyle delta _ {p}}$ při kterém intenzita nebo síla pole klesá na 1 / e jeho povrchové hodnoty. V mnoha kontextech se člověk soustředí na samotné polní veličiny: elektrická a magnetická pole v případě elektromagnetických vln. Protože síla vlny v konkrétním médiu je úměrná náměstí kvantity pole lze hovořit o hloubce průniku, při které se velikost elektrického (nebo magnetického) pole rozpadla na 1 / e své povrchové hodnoty, a na kterém místě Napájení vlny se tím snížil na ${ displaystyle 1 / e ^ {2}}$ nebo asi 13% jeho povrchové hodnoty:

${ displaystyle delta _ {e} = { frac {1} { alpha / 2}} = { frac {2} { alpha}} = 2 delta _ {p}}$

Všimněte si, že ${ displaystyle delta _ {e}}$ je totožný s hloubka kůže, druhý termín obvykle platí pro kovy v odkazu na rozpad elektrického proudu proudy (které sledují rozpad v elektrickém nebo magnetickém poli v důsledku dopadu rovinné vlny na hromadný vodič). Konstanta útlumu ${ displaystyle alpha / 2}$ je také totožný s (zápornou) skutečnou částí konstanta šíření, které lze také označit jako ${ displaystyle alpha}$ pomocí notace, která není v souladu s výše uvedeným použitím. Při odkazování na zdroj si vždy musíte dávat pozor na to, zda číslo jako ${ displaystyle alpha}$ nebo ${ displaystyle delta}$ označuje rozpad samotného pole nebo intenzity (síly) spojené s tímto polem. Může být také nejednoznačné, zda popisuje kladné číslo útlum (zmenšení pole) nebo získat; to je obvykle zřejmé z kontextu.

Konstanta útlumu

The konstanta útlumu protože elektromagnetická vlna při normálním dopadu na materiál je také úměrná imaginární části indexu lomu materiálu n. Pomocí výše uvedené definice ${ displaystyle alpha}$ (na základě intenzity) platí následující vztah:

${ displaystyle alpha / 2 = { frac {1} { delta _ {e}}} = { frac {1} {2 delta _ {p}}} = { frac { omega} {c }} ; mathrm {Im} ({ tilde {n}} ( omega)) = { frac {2 pi} { lambda}} ; mathrm {Im} ({ tilde {n} } ( omega))}$

kde ${ displaystyle { tilde {n}}}$ označuje komplex index lomu, ${ displaystyle omega}$ je radiánová frekvence záření, C je rychlost světla ve vakuu a ${ displaystyle lambda}$ je vlnová délka. Všimněte si, že ${ displaystyle { tilde {n}} ( omega)}$ je do značné míry funkcí frekvence, stejně jako její imaginární část, která často není uvedena (pro transparentní dielektrika je v zásadě nulová). Komplexní index lomu o kovy je také zřídka zmíněn, ale má stejný význam, což vede k hloubce průniku (nebo hloubka kůže ${ displaystyle delta _ {e}}$) přesně dané a vzorec který platí až do mikrovlnných frekvencí.

Vztahy mezi těmito a jinými způsoby určování rozpadu elektromagnetického pole lze vyjádřit pomocí matematické popisy neprůhlednosti.

Toto udává pouze rozpad pole, ke kterému může dojít vstřebávání elektromagnetické energie ve ztrátovém médiu nebo může jednoduše popsat průnik pole v médiu, kde nedochází ke ztrátám (nebo kombinace těchto dvou). Například hypotetická látka může mít komplexní index lomu ${ displaystyle { tilde {n}} = 1 + 0,01j}$. Vlna vstoupí do tohoto média bez výrazného odrazu a bude zcela absorbována v médiu s hloubkou penetrace (v intenzitě pole) ${ displaystyle delta _ {e} přibližně 16 lambda}$, kde ${ displaystyle lambda}$ je vlnová délka vakua. Jiný hypotetický materiál se složitým indexem lomu ${ displaystyle { tilde {n}} = 0 + .01j}$ vůle taky mají hloubku průniku 16 vlnových délek, ale v tomto případě bude vlna dokonale odražena od materiálu! Skutečná absorpce záření neprobíhá, avšak elektrická a magnetická pole dobře zasahují do látky. V obou případech se hloubka průniku nachází přímo z imaginární části indexu lomu materiálu, jak je podrobně uvedeno výše.

Viz také

• Efekt kůže
• Absorbance
• Útlumový koeficient

Reference

• Feynman, Richard P. (2005). Feynmanovy přednášky z fyziky. 2 (2. vyd.). Addison-Wesley. ISBN  978-0-8053-9065-0.