Коэффициенты излучения и поглощения материалов

Гелиоустановки

Таблица 2. Материалы класса II: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту излучения (α/ε) в пределах между 0,5 и 0,9

Ма­те­ри­ал	Ко­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­ния	Ко­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния	α/ε
Асбестовый картон	0,25	0,50	0,50
Зеленая масляная краска	0,50	0,90	0,56
Кирпич красный	0,55	0,92	0,60
Асбестоцементная плита белая	0,59	0,96	0,61
Мрамор полированный	0,5…0,6	0,90	0,61
Дерево, строганый дуб	—	0,90	—
Неоштукатуренный бетон	0,60	0,97	0,62
Бетон	0,60	0,88	0,68
Зеленая трава после дождя	0,67	0,98	0,68
Высокая и сухая трава	0,67—0,69	0,9	0,76
Увядшие огороды и кустарник	0,70	0,90	0,78
Дубовая листва	0,71—0,78	0,91—0,95	0,78—0,82
Мерзлая почва	—	0,93…0,94	—
Почва в пустыне	0,75	0,9	0,93
Обычные огородные грядки и кустарник	0,72…0,76	0,9	0,82
Почва после сухой вспашки	0,75…0,80	0,9	0,83…0,89
Дубовый лес	0,82	0,9	0,91
Сосновый лес	0,86	0,9	0,96
Поверхность Земли в целом (суша и море, без облаков)	0,83	—	—

Таблица 3. Материалы класса III: отношение коэффициента поглощения к коэффициенту излучения (α/ε) в пределах между 0,8 и 1

Ма­те­ри­ал	Ко­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­ния	Ко­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния	α/ε
Серая краска	0,75	0,95	0,79
Красная масляная краска	0,74	0,90	0,82
Асбестовый шифер	0,81	0,96	0,84
Асбестовый картон	—	0,93…0,96	—
Линолеум, красно-коричневый	0,84	0,92	0,91
Сухой песок	0,82	0,90	0,91
Зеленая рулонная кровля	0,88	0,91…0,97	0,93
Шифер темно-серый	0,89	—	—
Старая серая резина	—	0,86	—
Твердая черная резина	—	0,90…0,95	—
Асфальтовое покрытие	0,93	—	—
Черная окись меди на меди	0,91	0,95	0,95
Обнаженная влажная земля	0,9	0,95	0,96
Влажный песок	0,91	0,95	0,96
Вода	0,94	0,95…0,96	0,98
Черный рубероид	0,93	0,93	1
Черная глянцевая краска	0,90	0,90	1
Небольшое отверстие в большом ящике, печи или огражденном пространстве	0,99	0,99	1
Теоретически абсолютно черное тело	1	1	1

Таблица 4. Материалы класса IV: отношение коэффициента поглощения к  коэффициенту излучения (α/ε) более 1

Ма­те­ри­ал	Ко­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­ния	Ко­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния	α/ε
Черный бархат	0,99	0,97	1,02
Люцерна темно-зеленая	0,97	0,95	1,02
Пламенная сажа	0,98	0,95	1,03
Черная краска 0,43 мм на алюминии	0,94…0,98	0,88	1,07…1,11
Гранит	0,55	0,44	1,25
Графит	0,78	0,41	1,90
Высокое отношение, но коэффициент поглощения менее 0,80
Тусклая латунь, медь, свинец	0,2…0,4	0,4…0,65	1,63…2
Оцинкованное листовое железо, окисленное	0,80	0,28	2,86
Оцинкованное железо, чистое и новое	0,65	0,13	0,5
Алюминиевая фольга	0,15	0,05	3
Магний	0,30	0,07	4,30
Хром	0,49	0,08	6,13
Полированный цинк	0,46	0,02	23
Осажденное серебро (оптический рефлектор), нетусклое	0,07	0,01	—

Таблица 5. Материалы класса V: селективные покрытия

Ма­те­ри­ал	Ко­эф­фи­ци­ент ко­рот­ко­вол­но­во­го по­гло­ще­ния	Ко­эф­фи­ци­ент длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния	α/ε
Гальванически покрытые металлы
Черный сульфид на металле	0,92	0,10	9,2
Черная окись меди на листовом алюминии	0,8…0,93	0,09…0,21	—
Медь (5*10-4 мм толщиной) на металле с никелевым или серебряным покрытием	—	—	—
Окись кобальта на платине	—	—	—
Окись кобальта на полированном никеле	0,93…0,94	0,24…0,40	3,9
Черная окись никеля на алюминии	0,85…0,93	0,06…0,1	14,5…15,5
Черный хром	0,87	0,09	9,8
Покрытия из макрочастиц
Пламенная сажа на металле	—	—	—
Черная окись железа, размер зерна 47 мкм, на алюминии	—	—	—
Геометрически улучшенные поверхности
Оптимально волнистые серого цвета	0,89	0,77	1,2
Оптимально волнистые с селективными покрытиями	0,95	0,16	5,9
Проволочная сетка из нержавеющей стали	0,63…0,86	0,23…0,28	2,7…3
Медь, обработанная NaClO2 и NaOH	0,87	0,13	6,69

Лаб 68

Отчет о лабораторной
работе № 68

«Изучение
поглощения света веществом»

Принимал: Осипов
В. С.

Цель работы:
исследовать зависимость оптической
плотности и коэффициентов пропускания
растворов от толщины поглощающего слоя,
концентрации растворов, длины волны
поглощаемого света. Определить
коэффициенты поглощения исследуемых
растворов в зависимости от длины волны.

Теоретическая
часть:

Поглощением
(абсорбцией) света называется явление
потери энергии световой волной, проходящей
через вещество, вследствие преобразования
ее в различные формы внутренней энергии
вещества или вторичного излучения
других направлений и спектрального
состава.

Вещество представляет
собой как бы набор осцилляторов с
различными собственными частотами и
коэффициентами затухания колебаний.
Вблизи собственных частот колебаний
электронов в атомах и атомов в молекулах
происходит резонанс с колебаниями
электрического поля световой волны,
что приводит к поглощению света. Энергия
поглощенной световой волны полностью
возвращается в виде вторичного излучения,
если среда является идеально однородной.
В реальных средах не вся поглощенная
энергия возвращается в виде вторичного
излучения, часть ее переходит в другие
виды энергии, в частности, в тепловую,
и тело нагревается. В результате
поглощения интенсивность света при
прохождении через вещество уменьшается.

Поглощение света
в веществе описывается законом
Бугера-Ламберта:

I = I₀
e^—
l

где I₀
и I — соответственно интенсивности
монохроматической световой волны на
входе и выходе слоя поглощающего вещества
толщиной l;

 — коэффициент
поглощения, зависящий от длины волны
света, химической природы и состояния
вещества.

Знак минус указывает
на убыль интенсивности. Физический
смысл коэффициента поглощения заключается
в том, что он равен обратной величине
толщины такого слоя, при котором
интенсивность света I по сравнению с I₀
уменьшается в e = 2.72 раза.

На рисунке
представлены типичная зависимость
коэффициента поглощения от
частоты света
и
зависимость показателя преломления
n от в
области полосы поглощения (видно, что
внутри полосы поглощения наблюдается
аномальная дисперсия — n убывает с
увеличением ):

, n



n



₀

Если поглощающее
вещество растворено в прозрачном
растворителе, то интенсивность
поглощенного света будет определятся
количеством молекул поглощающего
вещества, приходящихся на единицу
концентрации. Коэффициент поглощения
является
функцией концентрации:

С

где -
коэффициент поглощения света для единицы
концентрации растворенного вещества;

С — концентрация
растворенного вещества.

Выражение

I = I₀
e^—
сl

носит название
закона Бугера-Ламберта-Бера (интегральная
форма). В дифференциальной форме этот
закон записывается следующим образом:

dI/I =
Сdl

Отношение
интенсивностей световых потоков,
прошедшего (I) и падающего (I₀)
на вещество называется коэффициентом
пропускания:

T = I/I₀

Обратный логарифм
коэффициента пропускания называется
оптической
плотностью:

D = -lnT = ln(I₀/I)
= Сl

Описание
установки:

В данной работе
используется однолучевой фотоэлектрический
колориметр KFS-2, предназначенный для
измерения коэффициентов пропускания
и оптической плотности в видимом
спектральном диапазоне от 340 до 850 нм.

Принципиальная
схема:

1

5

4

3

2

От источника 1 луч
света проходит через светофильтр 2,
кювету с жидкостью 3, а затем в
фотоэлектрический усилитель 5, имеющий
стрелочный индикатор с линейной шкалой
(от 0 до 100%) для отсчета коэффициента
пропускания Т и логарифмической шкалой
(от 0 до для
отсчета оптической плотности D. Для
изменения интенсивности светового
пучка в приборе имеется щель 4.

Для проверки
законов поглощения в работе используются
растворы солей в воде: а) нитрата никеля
Ni(NO₃)₂
— зеленые кристаллы, б) дихромата калия
K₂Cr₂O₇
— оранжевые кристаллы.

Результаты
измерений и расчетов:

Для исследуемого
раствора: Т = 18.5 %, D = 0.74 при длине волны
нм.

1). Исследование
зависимости поглощения света от
концентрации растворов:

Опыт проведен для
длины волны нм.

Величина C_x
определена
из графика и составляет 0.09 моль/л.
Погрешность измерения составляет
примерно 0.0125 моль/л (что соответствует
1 мм на графике). Таким образом С_x = 0.090.01
моль/л.

2). Исследование
зависимости поглощения света от толщины
слоя вещества:

3). Исследование
зависимости поглощения света веществом
от длины волны:

Вывод о работе:
проделав данную работу, мы изучили
зависимость
оптической плотности и коэффициентов
пропускания растворов от толщины
поглощающего слоя, концентрации
растворов, длины волны поглощаемого
света, установив,
что при малой концентрации раствора
(K₂Cr₂O₇)
его оптическая плотность растет линейно,
при дальнейшем же увеличении С линейность
не наблюдается (рис. 1.1) — это объясняется
физико-химическим взаимодействием
молекул. Молярный коэффициент поглощения
соответственно
уменьшается (табл. 3).

Исследование
зависимости поглощения света от толщины
слоя вещества проводилось на растворе
Ni(NO₃)₂. В ходе эксперимента
установлено, что оптическая плотность
D линейно возрастает с
увеличением толщины слоя вещества (рис.
2.1), а коэффициент пропускания Т
соответственно уменьшается (рис. 2.2).

При увеличении
длины волны с 440 до 670 нм наблюдалось
уменьшение оптической плотности
оранжевого раствора K₂Cr₂O₇
и ее увеличение у зеленого раствора
Ni(NO₃)₂ (рис.3).

5

Сборник по оптическому поглощению воды

Сборник по оптическому поглощению воды

Эта страница была первоначально создана в 1998 году и собирала информацию об оптическом поглощении воды, которую я оцифровал или расшифровал, а также
данные с давно умерших веб-сайтов, созданных Уорреном Вискомбом, Петром Дж. Флатау и Скоттом Пегау.

Единственные существенные расхождения в приведенных ниже данных касаются видимого (300–600 нм) диапазона.
где поглощение настолько низкое. Последние работы Папы
и Согандарес на
коэффициент поглощения воды в этом режиме свидетельствует о том, что она значительно
ниже, чем у большинства предыдущих исследователей. Более того, минимум
Длина волны поглощения теперь составляет около 420 нм, а не в зеленом цвете.
Практически это мало что меняет в биомедицинских приложениях, поскольку
вода, которую использовала группа Фрая, была чрезвычайно чистой.

Данные на удивление совпадают. Нарисуйте парочку для себя, или вы можете
просто посмотрите на (Сегельштейн) или
(Хейл и Куэрри) или
(Величка).

Компендиум

(все ссылки в формате BibTeX)

1929 Беккерель и Россиньоль (аннотация) (документ в формате pdf)

1940 Дорси (аннотация)

Свойства обычного водного вещества во всех его фазах

1963 Салливан (резюме) (данные)

Экспериментальное исследование поглощения в дистиллированной воде, искусственной морской воде и тяжелой воде в видимой области спектра

1968 Ирвин и Поллак (резюме) (данные)

Инфракрасно-оптические свойства воды и ледяных сфер

1969 Золотарев и др. (резюме) (данные)

Рассеивание и поглощение жидкой воды в инфракрасном и радиодиапазонах спектра

1973 Хейл и Куэрри
(абстрактный)
(гиф)
(данные)

Оптические константы воды в диапазоне длин волн от 200 нм до 200 мкм

1974 Палмер и Уильямс (аннотация) (данные)

Оптические свойства воды в ближнем инфракрасном диапазоне

1976 Остин и Халикас (аннотация)

Показатель преломления морской воды

         Копелевич (аннотация) (данные)

Оптические свойства чистой воды в диапазоне 250-600 нм

1977 Морель и Приер (аннотация) (данные)

Анализ вариаций цвета океана

1978 Куэрри, Кэри и Уоринг (резюме) (данные)

Лазерный метод с расщепленными импульсами для измерения коэффициентов ослабления прозрачных жидкостей: применение к деионизированной фильтрованной воде в видимой области

1979 Там и Патель (резюме) (данные)

Оптическое поглощение легкой и тяжелой воды методом лазерной оптоакустической спектроскопии

1980 Quickenden and Irvin (аннотация) (данные) (исходная таблица)

Ультрафиолетовый спектр поглощения жидкой воды

1981 Prieur and Sathyendranath (резюме) (данные)

Оптическая классификация прибрежных и океанических вод на основе специфических спектральных кривых поглощения пигментов фитопланктона, растворенных органических веществ и других твердых частиц.

         Сегельштейн
(абстрактный)
(гиф)
(данные)
(показатель преломления)

Комплексный показатель преломления воды

         Смит и Бейкер (резюме) (данные)

Оптические свойства чистейших природных вод (200-800нм)

1982 Бейкер и Смит (аннотация)

Биооптическая классификация и модель природных вод

1984 Warren (резюме) (данные пересмотрены 1005)

Оптические константы льда от ультрафиолета до микроволн

1986 Бойван и др. (резюме) (данные)

Определение коэффициентов ослабления видимого и ультрафиолетового излучения в тяжелой воде

1988 Шифрин (аннотация) (данные)

Физическая оптика океанской воды

1989 Величка, Венг и Куэрри
(абстрактный)
(гиф)
(данные)

Клиновидная ячейка для жидкостей с высокой поглощающей способностью: инфракрасные оптические константы воды

1990 Шибенер и др. (аннотация)

Показатель преломления воды и пара в зависимости от длины волны, температуры и плотности

1991 Перович и Говони (аннотация)

Коэффициенты поглощения льда от 250 до 400 нм

         Querry, Wieliczka, and Segelstein (резюме) (данные)

Вода (H ₂ O)

         Согандарес (аннотация)

Спектральное поглощение чистой воды

1992 Фрай, Каттавар и Поуп (аннотация)

Интегральный резонаторный абсорбционный измеритель

1993 Али и Эсмаил (аннотация)

Показатель преломления соленой воды: влияние температуры

         Коу (резюме)

Показатели преломления воды и льда в спектральном диапазоне 0,65-2,5 мкм

         Коу, Лабри и Чилек (резюме) (данные)

Показатели преломления воды и льда в спектральном диапазоне 0,65-2,5 мкм

         Папа (резюме) (данные)

Оптическое поглощение чистой воды и морской воды с помощью интегрирующего резонаторного абсорбционного измерителя

1994 Buiteveld, Hakvoort, and Donze (резюме) (данные)

Оптические свойства чистой воды

1995 Bricaud и др. (резюме) (данные)

Изменчивость хлорофилл-специфических коэффициентов поглощения природного фитопланктона: анализ и параметризация

         Куан и Фрай (аннотация)

Эмпирическое уравнение для показателя преломления морской воды

         Zelsmann (резюме)

Температурная зависимость оптических констант для жидкого H ₂ О и D ₂ О в дальней ИК области

1997 Поуп и Фрай (аннотация) (данные)

Спектр поглощения (380-700нм) чистой воды. II. Интеграция измерений полости

         Согандарес и Фрай (резюме) (данные)

Спектр поглощения (340-640нм) чистой воды. I. Фототермические измерения

1. Коэффициент поглощения и глубина проникновения

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Свет, проходящий через полупроводниковый материал, значительно ослабляется при прохождении. Скорость поглощения света пропорциональна интенсивности (потоку фотонов) для данной длины волны; другими словами, когда свет проходит через материал, поток фотонов уменьшается из-за того, что некоторые из них поглощаются по пути. Следовательно, количество фотонов, достигающих определенной точки полупроводника, зависит от длины волны фотона и расстояния от поверхности. Следующее уравнение моделирует экспоненциальный спад монохроматический (одноцветный или примерно одной длины волны) свет, проходящий через полупроводник ¹ :

, где F(x) — интенсивность в точке x под поверхностью полупроводника, F(x ₀ ) — интенсивность в точке поверхности x ₀ , а α коэффициент поглощения , определяющий глубину проникновения света определенной длины волны в полупроводник. Длины волн, наиболее важные для применения солнечной энергии, находятся в инфракрасной и видимой частях электромагнитного спектра.

Коэффициент поглощения связан с длиной волны света и другой величиной, называемой коэффициентом ослабления , который также связан с длиной волны света (электромагнитных волн, распространяющихся от солнца). Этот коэффициент κ является оптическим свойством полупроводникового материала и связан с показателем преломления n , который просто определяет, сколько света поглощается материалом. κ > 0 означает поглощение, а κ = 0 означает, что свет проходит прямо через материал. Коэффициенты поглощения и экстинкции связаны следующим уравнением ¹ :

, где f — частота монохроматического света (отнесенная к длине волны соотношением λ = v /ƒ, где v — скорость световой волны), c — скорость света, а π является константой (≈ 3,14). Коэффициент поглощения является важной величиной, которая будет показана в следующих разделах в различных моделях, которые у нас есть для генерации полупроводниковых носителей заряда, поэтому хорошо иметь в виду, что он зависит как от падающего света, так и от внутренних качеств материала.