Глубина проникновения

Эта статья включает в себя список литературы , связанной литературы или внешних ссылок , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Август 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Глубина проникновения рентгеновских лучей в воду как функция энергии фотонов .

Глубина проникновения - это мера того, насколько глубоко свет или любое электромагнитное излучение может проникнуть в материал. Он определяется как глубина, на которой интенсивность излучения внутри материала падает до 1 / е (около 37%) от его первоначального значения на (или, точнее, прямо под) поверхностью.

Когда электромагнитное излучение падает на поверхность материала, оно может (частично) отражаться от этой поверхности, и возникает поле, содержащее энергию, передаваемую в материал. Это электромагнитное поле взаимодействует с атомами и электронами внутри материала. В зависимости от природы материала электромагнитное поле может проникать очень далеко в материал или очень быстро исчезать. Для данного материала глубина проникновения обычно зависит от длины волны .

Закон Бера-Ламберта [ править ]

Согласно закону Бера-Ламберта , интенсивность электромагнитной волны внутри материала экспоненциально спадает с поверхности как

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

Если обозначает глубину проникновения, имеем ${\ displaystyle \ delta _ {p}}$

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

Глубина проникновения - это термин, который описывает распад электромагнитных волн внутри материала. Приведенное выше определение относится к глубине, на которой интенсивность или мощность поля спадает до 1 / е от его поверхностного значения. Во многих случаях концентрируется на самих величинах поля: электрическом и магнитном полях в случае электромагнитных волн. Поскольку мощность волны в конкретной среде пропорциональна квадрату величины поля, можно говорить о глубине проникновения, на которой величина электрического (или магнитного) поля снижается до 1 / е от его поверхностного значения, и в этот момент мощность волны снизилась до или примерно 13% от ее поверхностного значения:${\ displaystyle \ delta _ {p}}$${\ displaystyle 1 / e ^ {2}}$

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

Обратите внимание, что это идентично глубине скин-слоя , последний термин обычно применяется к металлам в отношении затухания электрических токов (которые следуют за затуханием в электрическом или магнитном поле из-за плоской волны, падающей на объемный проводник). Константа затухания также идентична (отрицательной) действительной части постоянной распространения , которая также может упоминаться как использование обозначений, несовместимых с указанным выше использованием. Обращаясь к источнику, всегда нужно внимательно следить за тем, относится ли число, такое как или относится к распаду самого поля, или к интенсивности (мощности), связанной с этим полем. Также может возникнуть неоднозначность относительно того, описывает ли положительное число${\displaystyle \delta _{e}}$${\displaystyle \alpha /2}$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \delta }$затухание (уменьшение поля) или усиление ; это обычно очевидно из контекста.

Константа затухания [ править ]

Константа затухания электромагнитной волны при нормальном падении на материал также пропорциональна мнимой части показателя преломления материала n . Используя приведенное выше определение (основанное на интенсивности), имеет место следующее соотношение:${\displaystyle \alpha }$

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

где обозначает комплексный показатель преломления , - частота излучения в радианах, c - скорость света в вакууме и - длина волны. Обратите внимание, что это в значительной степени функция частоты, как и ее мнимая часть, которая часто не упоминается (для прозрачных диэлектриков она по существу равна нулю). Комплексный показатель преломления металлов также редко упоминается, но имеет такое же значение, что приводит к глубине проникновения (или глубине скин-слоя ), точно определяемой формулой, которая действительна до микроволновых частот.${\displaystyle {\tilde {n}}}$ ${\displaystyle \omega }$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle {\tilde {n}}(\omega )}$ ${\displaystyle \delta _{e}}$

Связь между этими и другими способами определения распада электромагнитного поля может быть выражена математическим описанием непрозрачности .

Это только определение затухания поля, которое может быть связано с поглощением электромагнитной энергии в среде с потерями, или может просто описывать проникновение поля в среду, где не происходит никаких потерь (или комбинация этих двух). Например, гипотетическое вещество может иметь сложный показатель преломления . Волна войдет в эту среду без значительного отражения и будет полностью поглощена средой с глубиной проникновения (по напряженности поля) , где - длина волны вакуума. Другой гипотетический материал со сложным показателем преломления также будет${\displaystyle {\tilde {n}}=1+.01j}$${\displaystyle \delta _{e}\approx 16\lambda }$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle {\tilde {n}}=0+.01j}$имеют глубину проникновения 16 длин волн, однако в этом случае волна будет идеально отражаться от материала! Фактического поглощения излучения не происходит, однако электрические и магнитные поля проникают в вещество. В любом случае глубина проникновения определяется непосредственно из мнимой части показателя преломления материала, как подробно описано выше.

См. Также [ править ]

• Эффект кожи
• Абсорбция
• Коэффициент затухания

Ссылки [ править ]

• Фейнман, Ричард П. (2005). Лекции Фейнмана по физике . 2 (2-е изд.). Эддисон-Уэсли. ISBN 978-0-8053-9065-0.