Apsorpcijski koeficijent

Dokaz Lambert-Beerova zakona: zelena laserska zraka svjetlosti prolazi kroz otopinu pigmenta rodamina 6B. Zraka svjetlosti postaje sve slabija kako prolazi kroz otopinu.

Datoteka:Optička debljina 1.pdf

Optička debljina i optička masa atmosfere.

Zalazak Sunca: pri položaju Sunca na obzoru Sunčevo zračenje prolazi kroz 35,4 puta veću masu stupca zraka nego kad je Sunce u zenitu.

Apsorpcijski koeficijent, koeficijent apsorpcije, upojnost ili apsorbancija (oznaka α) je radiometrijska fizikalna veličina koja opisuje svojstvo optičkoga sredstva da apsorbira elektromagnetske valove. Apsorpcijski koeficijent je omjer apsorbiranoga Φ_a i upadnoga Φ_u toka zračenja:

[math]\displaystyle{ \alpha = \frac{\Phi_a}{\Phi_u} }[/math]

Zbog toga međudjelovanja jakost izlaznoga zračenja I_i manja je od jakosti upadnoga zračenja I_u, ovisno o apsorpcijskome koeficijentu α i debljini sloja L optičkoga sredstva (optička debljina):

[math]\displaystyle{ I_i = I_u \cdot e^{-\,\alpha \cdot L} }[/math]

Mjerna je jedinica apsorpcijskoga koeficijenta je broj jedan.

Apsorbiranje Sunčeva zračenja u atmosferi

Svaki plin selektivno apsorbira elektromagnetsko zračenje, i to s obzirom na valnu duljinu λ. Također svaki plin ima konstantan koeficijent apsorpcije, koji ovisi o valnoj duljini zračenja i o stanju plina. Energiju zračenja apsorbiraju molekule plina, pretvarajući je u neki drugi oblik energije, pa zato apsorbirana energija zračenja ovisi o gustoći plina, te o debljini sloja plina kroz koji zračenje prolazi.

Za monokromatsko zračenje odnos je jakosti (intenziteta) zračenja I_λs nakon prolaza kroz sloj zraka masenog koeficijenta apsorpcije α_λm, debljine s, gustoće ρ(s), i jakosti upadnog zračenja I_λ0 opisan Lambert-Beer-Bougertovim zakonom:

[math]\displaystyle{ I_{\lambda s} = I_{\lambda 0} \cdot e^{-\,\alpha_{\lambda m} \cdot \int_0^s \rho \cdot \,\mathrm{d}s} }[/math]

Eksponent [math]\displaystyle{ \tau_i = {-\,\alpha_{\lambda m} \cdot \int_0^s \rho \cdot \,\mathrm{d}s} }[/math] zove se optička debljina atmosfere. Ona je ovisna o položaju Sunca, najmanja je za Sunce u zenitu, a najveća za Sunce na obzoru (horizontu).

Masa zapaženog stupca zraka s osnovicom površine (ploštine) A jest:

[math]\displaystyle{ M = A \cdot \int_0^s \rho \cdot \,\mathrm{d}s }[/math]

Omjer te mase m za neki položaj Sunca M i za Sunce u zenitu M₀ zove se optička masa atmosfere:

[math]\displaystyle{ m = \frac{M}{M_0} }[/math]

Ovisnost optičke mase atmosfere o kutnoj visini Sunca navedena je u tablici:

Optička masa atmosfere u ovisnosti o položaju Sunca

Kutna visina Sunca	Optička masa atmosfere
90°	1,00
70°	1,06
50°	1,30
40°	1,55
30°	2,00
20°	2,90
10°	5,60
5°	10,40
0°	35,40

Za različite kutne visine Sunca prikazane su u tablici pripadne vrijednosti optičke mase atmosfere. Vidi se da pri položaju Sunca na obzoru (horizontu) Sunčevo zračenje prolazi kroz 35,4 puta veću masu stupca zraka nego kad je Sunce u zenitu. To je razlog da u jutarnjim satima, nakon izlaska Sunca, Sunčevo ozračenje na površini Zemlje naglo raste, a u večernjim satima, pred zalazak Sunca naglo pada.

Atmosfera se neposredno ne zagrijava time što molekule zraka apsorbiraju Sunčevo elektromagnetsko zračenje. Apsorbirana energija zračenja očituje se u raznim fotokemijskim, fotoelektričnim i drugim molekularnim procesima, pa tako, na primjer, u velikim visinama apsorpcijom ultraljubičastog zračenja nastaje ozon. U troposferi, uz vodenu paru, i ugljikov dioksid apsorbira infracrveno zračenje, a Sunčevo zračenje apsorbiraju i primjese u atmosferi (prašina) i kapljice oblaka i magle.