Elektromagnetisk absorpsjon
Absorpsjon av lys eller annen elektromagnetisk stråling er et fenomen der noe eller all strålingsenergi omformes til en annen energiform, for eksempel varme ved interaksjon med materie. Et fullkomment svart legeme absorberer alt lys. I dagliglivet kan dette observeres ved at asfalt og andre svarte overflater kan få meget høy temperatur når solen skinner.
Absorpsjon forklares ved at energien til fotoner tas opp av materie, typisk elektronene i stoffets atomer. Dermed transformeres strålingsenergi til indre energi i absorberen, for eksempel termisk energi. Reduksjonen i intensiteten til en lysstråle som forplanter seg gjennom et medium ved absorpsjon kalles ofte demping.
For de fleste stoffer vil noe av den elektromagnetiske strålingen absorberes, mens andre deler blir reflektert, ofte er dette avhengig av bølgelengden. For et sort legeme absorberes all stråling, se illustrasjonen. For et legeme som det menneskelige synet oppfatter som grønt reflekteres fotonene som har en bølgelengde på rundt 520–570 nm, mens resten absorberes.
Fenomenet absorpsjon[rediger | rediger kilde]
Lys og andre elektromagnetiske bølger, kan bare spre seg gjennom vakuum uten å tape energi. I alle andre stoffer hvor lys kan forplante seg vil intensiteten svekkes, enten ved absorpsjon eller spredning.[2] Absorpsjon av lys i et medium, for eksempel en væske eller gass, fører til at mediets energi øker, for eksempel i form av termisk energi.[3]
Absorpsjon skjer ved at energien til et foton tas opp av materie, typisk elektronene i atomene stoffet består av. Dermed transformeres strålingsenergi til indre energi i absorberen, for eksempel termisk energi.[4] Energien som tas opp kan brer seg som varme i stoffet. Graden av svekkelse av lysets intensitet ved absorpsjon er avhengig av lysets bølgelengde. Ofte vil en del av lysspektrumet bli mye sterkere absorbert enn andre deler, noe som kalles selektiv absorpsjon. Områdene i spektret som er absorbert kalles for absorpsjonsbånd eller -linjer.
Spredning vil si at lyset absorberes i stoffet, men at denne energien straks sendes ut som ny energi i form av lys fra stoffets atomer.[2]
Reduksjonen i intensiteten til en lysstråle som forplanter seg gjennom et medium ved absorpsjon av bare en del av lysets fotoner, kalles ofte dempning. Vanligvis er absorpsjonen av stråling ikke avhengig av dets intensiteten (lineær absorpsjon), selv om det under visse forhold (vanligvis i optikk) endrer mediets gjennomsiktigheten avhengig av intensiteten av bølger som går gjennom og metnings absorpsjon (eller ikke-lineær absorpsjon) oppstår.
Kvantifisering absorpsjon[rediger | rediger kilde]
Det finnes en rekke måter å kvantifisere hvor raskt og effektivt strålingen absorberes i et bestemt medium, for eksempel:
- Opptakskoeffisienten, og noen nært beslektet med flere avledet størrelser:
- Dempningskoeffisient, som noen ganger, men ikke alltid er synonymt med absorpsjonskoeffisienten,
- Molar absorptivitet også kalt "molar ekstinksjonskoeffisient", som er absorpsjonskoeffisienten delt av molaritet (se også Beer–Lamberts lov),
- Massedempningskoeffisienten, som er absorpsjonskoeffisienten delt med tetthet,
- Absorpsjonssnitt og spredningstverrsnitt (Thomson-spredning) er nært relatert til henholdsvis absorpsjons- og dempningskoeffisientene,
- Ekstinksjon i astronomi tilsvarer dempningskoeffisienten,
- Inntrengningsdybde det at elektromagnetisk stråling har begrenset evne til å trenge inn i et stoff,
- Forplantningskonstant, dempningskonstant, faskonstant og komplekst bølgetall,
- Kompleks brytningsindeks,
- Absorbans (også kalt "optisk tetthet") og optisk dybde (også kalt "optisk tykkelse") er to relaterte størrelser.
Alle disse størrelsene måler, i hvert fall til en viss grad, hvor godt et medium absorberer stråling. Imidlertid har forskjellige fagfelter og teknikker konvensjoner for å bruke forskjellige størrelser hentet fra listen ovenfor.
Måling av absorpsjon[rediger | rediger kilde]
Absorbansen til et stoff kvantifiserer hvor mye av det innfallende lyset som blir absorbert av det (i stedet for å bli reflektert eller brutt). Dette kan være relatert til andre egenskaper til stoffet gjennom Beer–Lambert-loven.
Nøyaktige målinger av absorbansen ved mange bølgelengder gir mulighet for identifisering av et stoff via absorptionsspektroskopi. Dette gjøres ved at en prøve blir opplyst fra den ene siden, og intensiteten av lyset som går ut av prøven i alle retninger måles. Noen eksempler på absorpsjon er UV/VIS-spektroskopi, infrarød spektroskopi og røntgenabsorpsjonsspektroskopi.
Forekomster og anvendelser[rediger | rediger kilde]
Forståelse og måling av absorpsjon av elektromagnetisk stråling har en rekke bruksområder. Her er noen eksempler:
- I meteorologi og klimatologi er globale og lokale temperaturer delvis avhengige av absorpsjon av stråling av atmosfæriske gasser (som i drivhuseffekten) og land- og havflater (Se albedo).
- I medisin brukes røntgenstråling som absorberes i forskjellige grad av forskjellige typer vev i kroppen (spesielt beinvev), som er grunnlaget for røntgenanalyse.
- I kjemi og materialvitenskap, der forskjellige materialer og molekyler vil absorbere stråling i forskjellige omfang ved forskjellige frekvenser, noe som muliggjør materialidentifikasjon.
- I optikk er solbriller, fargede filtre, fargestoffer og andre slike materialer designet spesielt med hensyn til hvilke synlige bølgelengder de absorberer og i hvilke mengder.
- I biologi krever fotosyntetiske organismer at lys av passende bølgelengder absorberes i det aktive området av kloroplast, slik at lysets energi kan omdannes til kjemisk energi, altså sukker og andre molekyler.
- I fysikk er D-regionen av jordens ionosfære kjent for å absorbere signifikant radiosignaler som faller innenfor det høyfrekvente elektromagnetiske spektret.
Se også[rediger | rediger kilde]
Referanser[rediger | rediger kilde]
- ^ G. Kirchhoff (1860). «Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht». Annalen der Physik. 185 (2): 275–301. Bibcode:1860AnP...185..275K. doi:10.1002/andp.18601850205.
- ^ a b Hallseth, Haugan, Hjelmen og Isnes (1990). Fysikk for ingeniører (norsk) (1 utg.). NKI Forlaget. s. 118-119. ISBN 82-562-2068-6.
- ^ «absorption, <of electromagnetic waves>». International Electrotechnical Commission. Arkivert fra originalen 20. april 2015. Besøkt 29. april 2017. «absorption conversion of electromagnetic wave energy into another form of energy, for instance heat, by interaction with matter»
- ^ West, William. «Absorption of electromagnetic radiation». AccessScience. McGraw-Hill. Besøkt 8. april 2013.
Litteratur[rediger | rediger kilde]
- Thomas, Michael E. (januar 2006). Optical Propagation in Linear Media: Atmospheric Gases and Particles, Solid-State Components, and Water. Oxford University Press, USA. s. 3... (Chapter 1, 2, 7). ISBN 978-0-19-509161-8.