Apsorpcijski koeficijent
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 Φa i upadnoga Φu toka zračenja:
- [math]\displaystyle{ \alpha = \frac{\Phi_a}{\Phi_u} }[/math]
Zbog toga međudjelovanja jakost izlaznoga zračenja Ii manja je od jakosti upadnoga zračenja Iu, 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. [1]
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 Iλs nakon prolaza kroz sloj zraka masenog koeficijenta apsorpcije αλm, debljine s, gustoće ρ(s), i jakosti upadnog zračenja Iλ0 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:
| 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. [2]