فاکتور های عمق نفوذ نور در آب

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 745

سپاس: 434

جنسیت:

تماس:

فاکتور های عمق نفوذ نور در آب

پست توسط rohamjpl »

نور جز امواج em هست.نور خورشید که وارد آب می شود ممکن است در شرایط مناسب حدود 1000 متر (3،280 فوت) به داخل اقیانوس حرکت کند ، اما به ندرت نور قابل توجهی فراتر از 200 متر (656 فوت) وجود دارد.در 10 متر اول ، آب بیش از 50 درصد انرژی نور مرئی را جذب می کند . حتی در آب گرمسیری شفاف فقط حدود 1 درصد از نور مرئی - عمدتا در محدوده آبی - به 100 متر نفوذ می کند.هر رنگ طیف دارای دامنه های موج خاص است. رنگ ها در وسط طیف مرئی (زرد ، سبز و آبی) تا بیشترین عمق به آب دریا نفوذ می کنند ، در حالی که رنگ های طول موج بلندتر (بنفش) و کوتاه تر (قرمز و نارنجی) با سرعت بیشتری جذب و پراکنده می شوند.عمق نفوذ نور (Zc) اندازه گیری میزان رسیدن نور به آب است ونور آبی به بهترین وجه نفوذ می کند ، نور سبز دوم ، نور زرد سوم و نور نارنجی و نور قرمز است. نور قرمز با افزایش عمق به سرعت از آب فیلتر می شود و نور قرمز هرگز به عمق اقیانوس نمی رسد. رنگ به دلیل انعکاس طول موج های مختلف نور مرئی است.،طولانی ترین طول موج ها ، با کمترین انرژی ، ابتدا جذب می شوند. قرمز اولین نفری است که جذب می شود ، پس از آن نارنجی و زرد است. رنگ ها به همان ترتیب که در طیف رنگی ظاهر می شوند ، در زیر آب ناپدید می شوند. حتی آب در عمق 5 فوت از دست دادن قرمز قابل توجهی خواهد داشت.نوری که به سطح نفوذ می کند به دلیل اینکه نور در هوا سریعتر از آب حرکت می کند ، شکسته می شود. هنگامی که درون آب قرار گرفت ، ممبا کاهش طول موج نور از قرمز به آبی ، توانایی نور در آب نیز کاهش می یابد. نور آبی به بهترین وجه نفوذ می کند ، نور سبز دوم ، نور زرد سوم و نور نارنجی و نور قرمز است.کن است نور توسط ذرات جامد پراکنده یا جذب شود. ... فراوانی بیشتر ذرات جامد در آب عمق نفوذ نور را کاهش می دهد.مفهومی که به دنبال آن هستید طول میرایی نور در آب است. این اندازه گیری کمی چگونگی جذب شدید طول موج های مختلف در آب است. توصیف جذب نور نسبتاً ساده است: بیشتر به مواد بستگی دارد ، همچنین اگر نور طول بیشتری از مواد را عبور دهد ، میرایی قوی تر خواهد بود ، واگر نور بیشتری برای شروع وجود داشته باشد ، بیشتر جذب می شود. در واقع ، مقدار نور جذب شده متناسب با میزان نور موجود است ، بنابراین پوسیدگی نمایی خواهد بود.برای خلاص شدن از شر این عوامل و به دست آوردن یک ثابت که کاملاً خاصیت ماده است و نه مقدار آن یا شدت نور ، دو کار انجام می دهیم:ما جذب در واحد طول مواد عرض را اندازه گیری می کنیم ، وما جذب را به عنوان درصدی از نور حادثه اندازه گیری می کنیم.طول جذب همین است: طول L طول می کشد تا شدت نور معین به 36.7٪ مقدار اولیه آن کاهش یابد. چرا این عدد عجیب؟ از آنجا که فروپاشی شدت نمایی است ، می توان آنرا چنین نوشت
$I(l)=I(0)e^{-l/L}.$ وقتی l = L ، شدت آن به $e^{-1}=0.367\ldots$… کاهش می یابد.
یک مقدار مفید و مفید تر ، معکوس طول میرایی است ، $\kappa=1/L$ ، که ضریب میرایی محیط نامیده می شود ، و این تا حدی که من می فهمم ، نقل می شود. در اینجا یک نمونه طیف جذب آب مایع وجود دارد که همانطور که می بینید به شدت به طول موج بستگی دارد:برای فهمیدن طیف نوری حادثه در یک عمق معین ، باید این فاکتور میرایی را در طیف اولیه که در سطح دریا است اعمال کنید.برای بدست آوردن تابش طیفی (انرژی خورشیدی در واحد سطح در واحد طول موج) در یک طول موج λ و در عمق l ، شما با تابش طیفی در سطح دریا ، $\sigma(\lambda,0)$ شروع می کنید ، و سپس Beer-Lambert را اعمال می کنید قانون زوال نمایی آن:$\sigma(\lambda,l)=\sigma(\lambda,0)\exp(\kappa(\lambda)l)).$
این همان معادله ای است که بدنبال آن بودید. اگرچه ممکن است متوجه شوید که این امر شما را به رسم نمودار این مقدار نزدیکتر نمی کند ، و این به این دلیل است که κ (λ) یک مقدار پیچیده با وابستگی طیفی پیچیده است. برای دریافت این داده ها ، می توانید شروع کنید به عنوان مثال در اینجا ، البته میزان کار شما به دقیقاً به میزان جزئیاتی که در پاسخ نهایی می خواهید بستگی دارد.شدت نور در عمق d توسط قانون Beer-Lambert آورده شده است:
$I = I_0 \exp\left(-\frac{d}{\ell}\right)$جایی که$I_0$شدت سطح است و ... عمقی است که شدت نور 73٪ کاهش یافته است.عمق ℓ به طول موج بستگی دارد زیرا آب دریا با شدت بیشتری نسبت به نور آبی نور قرمز را جذب می کند. من یک گوگل سریع کردم تا ببینم آیا می توانم داده های مربوط به جذب آب دریا را پیدا کنم ، اما در حالی که مقالات زیادی پیدا کردم ، هیچ رقم قطعی پیدا نکردم. احتمالاً جذب آب دریا نسبتاً متغیر است زیرا نمونه های مختلف حاوی مقادیر مختلفی از مواد محلول و معلق هستند.چرا فقط فرکانسهای بسیار کم تابش الکترومغناطیسی قادر به نفوذ به زمین و دریا هستند؟فرکانس ایده آل برای اسکن حداکثر 500 فوت در زیر زمین برای تشخیص فلز ، نوعی رادار تشخیص فلز زیرزمینی ، کدام یک خواهد بود؟فیزیک میرایی فیزیک موجود در مواد رسانا است. عمق پوست یک رسانا است$d = \sqrt(2/\mu_0\sigma\omega)$
همچنین یک اشتقاق ساده آنلاین را در http://farside.ph.utexas.edu/teaching/3 ... ode65.html مشاهده کنید. همانطور که در آنجا نشان داده شده است ، آب دریا همچنان رسانای خوبی با هدایت 5 $(ohms-meters)−1$ است. . عمق پوست به این دلیل ایجاد می شود که ذرات باردار در محیط تمایل به از بین بردن میدان الکتریکی دارند و در نهایت تخریب می شوند. هرچه رسانایی به وضوح بالاتر باشد ، عمق پوست نیز کمتر می شود. شما باید معادلات ماکسول را با تقریب های یک هادی خوب حل کنید و وابستگی به طول موج را بدست آورید. این مقاله مشتق را نشان می دهد که اصلی ترین الکترومغناطیس است. در کتابهای درسی نیز استاندارد است ، مثلاً در جکسون آن را ببینید. تفسیر بصری (اگرچه انجام ریاضی بهتر است ، سو mis تعبیر نمی کنید) این است که انرژی الکترومغناطیسی در واحد عمق در طول موج های بالاتر کمتر است ، تغییرات تا حدی بر اساس طول موج مقیاس بندی می شوند.
با σ رسانایی و ω = 2πf و f فرکانس. برای فرکانس پایین تر ، عمق پوست بیشتر است ، نفوذ یا فاصله بیشتر قبل از میرایی است. μ0 آیا نفوذ پذیری خلا است. بیشتر یا تقریباً کل جذب از میدان الکتریکی در فرکانسهای ELF است بنابراین خواص مغناطیسی رسانا اهمیت کمی دارد. استخراج عمق پوست تقریباً در هر کتاب الکترومغناطیسی است ، در بیشتر موارد نیز.
زمین همچنین یک رسانا ، یک هادی زمین شناسی است که به طور معمول شروع می شود و به صورت پیچیده ای مرتب شده است. برای فرکانس های پایین تر مانند ELF ، آرایش های مقیاس کوچک به دلیل طول موج های هزار و کیلومتر بیشتر ، تأثیر کمی دارند ، بنابراین رسانایی متوسط ​​یک تقریب خیلی بد نیست. من با جستجوی گوگل مرجع خوبی برای مطلوب شدن از طریق زمین دیدم ، اما به نظر نمی رسد که دوباره آن را پیدا کنم.
بنابراین باز هم فرکانس های کم مانند ELF بهتر پخش می شوند.
به هر حال ، آنها نیز بسیار خوب از سطح زمین گسترش می یابند ، در حالی که زمین و یونوسفر یک مجرا تشکیل می دهند. بسیاری از مطالب در مورد فیزیک و انتشار این امواج.
چرا شیشه بسیار شفاف تر از آب است؟یک سوال مرتبط وجود دارد (چرا شیشه شفاف است؟) اما من فقط از معادلات ماکسول به آن می پردازم. می توان عمق پوست $δ$ را برای رساناهای ضعیف مانند آب خالص و لیوان با استفاده از آن تعیین کرد
$δ =2ρ \sqrt{\frac{ϵ}{μ_0}}$−
اگر وابستگی به فرکانس مجاز را نادیده بگیرم (فقط برای بدست آوردن محدوده تخته برای عمق پوست شیشه) ، با استفاده از مقادیر مناسب برای مقاومت ρ (آب $2.5×10^5$Ω ∙ متر و شیشه =$10^{10}−10^{14}$Ω ∙ متر) ، قدرت الکتریکی $ϵ=ϵ_0ϵ_r$و نفوذ پذیری مغناطیسی $μ ≈ μ_0$ ، من محاسبه می کنم که
$δ(water) =10^4m$
$δ(glass) =10^8-10^{12} m$
معادلات ماکسول رفتار امواج الکترومغناطیسی در هادی ها (و همچنین هادی های ضعیف) را تعیین می کند ، بنابراین اگر شیشه و آب دارای چنین عمق پوستی بیشتری هستند ، این دلیل شفافیت نور برای این دو رسانه است - درست است؟ اگر چنین است ، من دو سوال مرتبط دارم:
از نظر ریاضی ، کاملاً رو به جلو است تا نشان دهد عمق پوست مستقل از فرکانس است. با این حال ، آیا توضیح فیزیکی وجود دارد که چرا عمق پوست برای هادی های ضعیف از فرکانس مستقل است اما برای هادی های خوب نه؟
حداقل در فرکانس های نوری ، عمق پوست عمدتا به مقاومت ماده بستگی دارد. از آنجا که مقاومت شیشه مقاومت بالاتری نسبت به آب دارد (رسانای ضعیف تری است) ، امواج الکترومغناطیسی از طریق شیشه بیشتر نفوذ می کنند. بنابراین کلید فهمیدن اینکه چرا شیشه شفاف تر از آب است ، درک فیزیکی چرا δ ∝ ρ است؟
من از طریق كتاب های گریفیتس و جكسون در این مورد كمك گرفته و چیزی پیدا نكرده ام. پیشاپیش از شما برای کمک به این سوالات متشکریم.
چرا امواج با فرکانس بالاتر نفوذ بهتری دارند؟در حقیقت فرکانس های بالاتر از قابلیت نفوذ بدتری برخوردار هستند. اگر شما یک مدل کاملاً نظری ، اصطلاحاً عمق پوست را در نظر بگیرید ، که ضخامت لایه رسانایی را که یک موج الکترومغناطیسی با یک فرکانس معین قادر به نفوذ به آن است ، می دهد ، می بینید که عمق پوست نسبت عکس دارد با ریشه مربع فرکانس:
$\delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}$
($\rho$ مقاومت ، μ نفوذپذیری مغناطیسی ماده است).roham hesami, i hope i helped smile260
تصویر

ارسال پست