衰减

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简介

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在物理学中,衰减(在某些情况下,消光)是通过介质的通量强度逐渐损失。例如,墨镜会衰减阳光,铅会衰减 X 射线,而水和空气会以不同的衰减率衰减光和声音。

听力保护器有助于减少流入耳朵的声通量。 这种现象称为声衰减,以分贝 (dB) 为单位进行测量。

电气工程和电信中,衰减会影响电波和信号在电路、光纤和空气中的传播。电衰减器光衰减器是该领域中通常制造的部件。

背景

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在许多情况下,衰减是通过介质的路径长度的指数函数。 在光学和化学光谱学中,这被称为 Beer-Lambert 定律。 在工程中,衰减通常以介质每单位长度的分贝数(dB/cm、dB/km 等)为单位进行测量,并用所讨论介质的衰减系数来表示。跌减也发生在地震中; 当地震波远离震源时,它们会因被地面衰减而变小。

超声

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衰减起着重要作用的一个研究领域是超声物理学。 超声中的衰减是超声波束振幅的减小,作为通过成像介质的距离的函数。 考虑声波中的衰减效应很重要,因为信号幅度降低会影响生成的图像质量。 通过了解超声波束在介质中传播时的衰减,可以调整输入信号幅度以补偿所需成像深度处的任何能量损失。

  • 异质系统(如液或胶体)中的超声波衰减测量可提供有关粒径分布的信息。 此技术有一个 ISO 标准。
  • 超声波衰减可用于拉伸流变学测量。 声学流变仪采用 Stokes 定律测量拉伸粘度和体积粘度。

考虑声衰减的波动方程可以写成分数阶导数形式。

在均质介质中,影响声音衰减的主要物理特性是粘度和热导率。

衰减系数

衰减系数用于根据传输的超声振幅随频率降低的强度来量化不同的介质。

衰减线性依赖于介质长度和衰减系数,以及 - 大约 - 生物组织的入射超声波束的频率(而对于更简单的介质,例如空气,关系是二次方的)。 对于不同的介质,衰减系数差异很大。 然而,在生物医学超声成像中,生物材料和水是最常用的介质。 下面列出了常见生物材料在 1 MHz 频率下的衰减系数:

声能损失有两种一般方式:吸收和散射。通过均质介质的超声波传播仅与吸收有关,并且只能用吸收系数来表征。 通过异质介质的传播需要考虑散射。

水中光衰减

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太阳发出的短波辐射在可见光谱中的波长范围为 360 nm(紫色)到 750 nm(红色)。 当太阳辐射到达海面时,短波辐射被海水衰减,光强随水深呈指数衰减。 可以使用 Beer-Lambert 定律计算深度处的光强度。

在清澈的中洋水域中,可见光在最长波长处被吸收得最多。

衰减

因此,红色、橙色黄色波长在较浅的深度被完全吸收,而蓝色和紫色波长在水柱中到达更深处。 因为与其他波长相比,蓝色和紫色波长被吸收的最少,所以开阔的海水在眼睛看来呈深蓝色。

在靠近海岸的地方,沿海水域的浮游植物比非常清澈的中洋水域还多。 浮游植物中的叶绿素 a 色素会吸收光,而植物本身会散射光,这使得沿海水域不如海洋中部水域清澈。 叶绿素-a 在可见光谱的最短波长(蓝色和紫色)中吸收xxx的光。

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词条目录
  1. 简介
  2. 背景
  3. 超声
  4. 衰减系数
  5. 水中光衰减

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