Heijastavuus

Heijastavuus on suhde sähkömagneettisen energian heijastuu pinnalla materiaalista, jonka paksuus on sellainen, että reflektanssi ei muutu sen paksuutta lisäämällä. Pinnan heijastavuus voi vaihdella siihen osuvien aaltojen pituuden mukaan . Tämä määrä ilmaistaan yleensä desibeleinä tai prosentteina.

Tätä konseptia käytetään laajalti fysiikassa , kemiassa , tietoliikenteessä ja tutkassa aaltoreitillä olevien esineiden palauttaman signaalin mittaamiseen. Kyseessä on heijastuksen erityistapaus (jota käytetään pääasiassa tutkimaan tulevien ja heijastuneiden valojen suhdetta).

Määritelmä

Kun aalto heijastuu enemmän tai vähemmän heijastavalle materiaalille, osa aallosta palautetaan säteilijälle ja osa jatkuu. Heijastuskerroin on suhde amplitudien (A) välillä heijastuneen aallon ja saapuvan aallon:

R_ {c} = A_ {r} / A_ {i}

Mukaan on Fresnel kertoimia . Tämä arvo voi olla kompleksiluku .

Heijastavuus (Ref) on heijastuneen energian suhteen kohtaavan energian. Koska energia on verrannollinen aaltojen amplitudin neliöön, sattuu olemaan seuraava suhde:

R {\ akuutti {e}} f = {\ frac {A_ {r} ^ {2}} {A_ {i} ^ {2}}} = R_ {c} ^ {2}

Heijastavuus on siis heijastuskerroin neliössä, aina positiivinen ja reaaliluku .

Tyypit

Heijastus voidaan jakaa hajaheijastukseen ( Beer-Lambertin laki ) ja heijastavaan tai hohtavaan heijastukseen . Ihanteellisen Lambert-pinnan tehokas heijastavuus on riippumaton tarkkailijan katselukulmasta ( Rayleighin laki ). Heijastavuus heijastuu puolestaan hyvin riippuen siitä, että katselukulma on suurin tulevan säteen suunnassa ja sen vastakkainen ( Mie-teoria ). Useimmilla esineillä on sekoitus näistä kahdesta heijastustyypistä.

Tutkan heijastavuus

Tutkalla heijastavuus mittaa tehokkuutta, jolla kohde sieppaa ja heijastaa radiotaajuusenergiaa. Se riippuu kohdepinnan koosta, muodosta, kuvakertoimesta ja dielektrisistä ominaisuuksista . Se ei sisällä vain heijastuksen, vaan myös sironnan ja diffraktion vaikutuksia.

Pistekohteet

Sen määrittelee vastaava tutkan pinta σ, jolla on läpäisevyys tai dielektrisyysvakio, joka ei ole nolla. Ilma- tai merivalvontatutkan kohdepisteet voivat olla pistekohtaisia, σ voidaan ilmaista seuraavasti:

\ sigma = {\ frac {4 \ pi r ^ {2} S_ {r}} {S_ {t}}}

tai

σ: kohteen kyky taaksepäin sirotella tutkaa kohti, [m²]
r = pallon säde, joka vastaa kohteen leikkauskuvaa ja joka säteilee uudelleen kaikkiin suuntiin [m]

S t : kohteen taaksepäin sirottama energia, [W / m²]

S r : kohteen vastaanottama energia etäisyydellä r, [W / m²]

Joillakin kohteilla on korkeat σ-arvot niiden halkaisijan ja suunnan vuoksi. Siksi ne sirottavat takaisin suuren osan tulevasta energiasta. Toisilla arvot ovat hyvin matalat materiaalin, josta ne on tehty, tai tutkanäkymän (etunäkymä, sivukuva jne.) Vuoksi.

Heijastavuus on siis tutkan ekvivalenttipinta-ala kerrottuna kohteen rakennusominaisuuksilla.

Volumetriset tavoitteet

Kun kyseessä on säätutkan , säde kohtaa suuri määrä tavoitteita, jotka voivat olla erilaisia (sadepisarat, lumihiutaleet, rakeita , räntää , jne.) Ja eri etäisyyksillä. Heijastavuus on niiden kummankin arvon σ summa. Mukaan Rayleigh lakia , σ vaihtelee, kun 6 : nnen teho halkaisijan läpimitaltaan D kunkin hydrométéore , jolloin saatiin yhteensä heijastavuus (kutsutaan Z):

Z = \ int _ {{0}} ^ {{Dmax}} N_ {0} e ^ {{- \ Lambda D}} D ^ {6} dD

Tietäen, että D on lumihiutaleen tapauksessa sulasta tulevan vastaavan pisaran halkaisija

Tämä Z on , mikä johtaa melko epätavallisiin yksiköihin. Lisäksi tässä kaavassa ei oteta huomioon kohteen luonnetta. Tutkan näkemän ekvivalentin heijastavuuden (Z e ) saamiseksi on tarpeen normalisoida etäisyys ja kertoa kohteen dielektrisen vakion (K) neliöllä sen heijastustehokkuuden huomioon ottamiseksi: $mm ^ {6} m ^ {{- 3}}$

Z_ {e} = | K | ^ {2} \ vasen ({\ frac {Z} {Z_ {0}}} \ oikea) = \ vasen ({\ frac {| K | ^ {2}} {Z_ { 0}}} \ oikea) \ vasen (\ int _ {{0}} ^ {{Dmax}} N_ {0} e ^ {{- \ Lambda D}} D ^ {6} dD \ oikea)

$Z_ {0} = 1mm ^ {6} m ^ {{- 3}}$ joko pisaroilla täytetyn tilavuuden vastaava paluu $D = 1 mm$
$| K | ^ {2} = 0,93$ vedelle ja lumelle $0,24$

Koska maassa havaitaan sateiden määrää, on mahdollista löytää suhde heijastavuuden ja mitatun välillä. Sademäärä (R) on yhtä suuri kuin hiukkasten lukumäärä, niiden tilavuus ja putoamisnopeus (v [D]):

R = \ int _ {{0}} ^ {{Dmax}} N_ {0} e ^ {{- \ Lambda D}} (\ pi D ^ {3} / 6) v (D) dD

Z e ja R on samanlainen koostumus ja ratkaisemalla yhtälöt aikaan nähden, kutsutaan ZR, joka on tyyppiä:

\, Z_ {e} = aR ^ {b}

\ qquad {\ begin {cases} \ end {cases}}

Jos a ja b riippuvat sademäärästä (sade, lumi, konvektiivinen tai kerrostuma ), jolla on erilainen , K, N 0 ja v

\ Lambda

Tunnetuin perhe on Marshall-Palmer ZR -suhde, joka antaa a = 200 ja b = 1,6. Se on edelleen yksi yleisimmin käytetyistä, koska se pätee synoptiseen sateeseen keskileveysasteilla, hyvin usein. Muita suhteita on löydetty esimerkiksi lumisateista, ukkosmyrskyistä , trooppisista sateista jne.

Röntgenheijastavuus

X-säteet heijastuvat myös tiettyjä materiaaleja ja ilmiö on käytetty interfero- analysoida rakennetta ohuiden kerrosten ja talletukset useita kerroksia kemian ja fysiikan. Tämä on täydentävä tekniikka ellipsometrialle . Ajatuksena on mitata röntgensäteiden heijastuminen pinnalla ja nähdä mahdolliset poikkeamat Fresnel-kertoimista . Sen on kehittänyt professori Lyman G. Parratt Cornellin yliopistosta Yhdysvalloista ja julkaistu Physical Review -artikkelissa vuonna 1954. Kun pinta ei ole täysin sileä, mutta sillä on pikemminkin elektronitiheys , heijastavuus voidaan arvioida $\ rho _ {e} (z)$

$R (Q) / R_ {F} (Q) = \ vasen | {\ frac {1} {\ rho _ {\ infty}}} {\ int \ limits _ {{- \ infty}} ^ {\ infty} {e ^ {{iQz}} \ vasen ({\ frac {d \ rho _ {e}} {dz}} \ oikea) dz}} \ oikea | ^ {2}$

Tai

$R (Q) / R_ {F} (Q)$ on heijastavuus
$Q = 4 \ pi \ sin (\ theta) / \ lambda$
$\ lambda$ on röntgensäteen aallonpituus
$\ rho _ {\ infty}$ elektronin tiheyden syvyys materiaalissa
$\ theta$ on tulokulma.

Monille kerroksille heijastavuus voi näyttää vaihtelevia aallonpituuksia sisältäviä värähtelyjä, kuten Fabry-Perot-interferometrissä, jota voidaan käyttää kerrosten paksuuden ja niiden ominaisuuksien mittaamiseen.

Katso myös

Huomautuksia ja viitteitä

Translation Bureau, " Reflectivity ", on Termium , Public Works and Government Services Canada (käytetty 11. toukokuuta 2013 )
" Heijastuskerroin " , Suuri terminologinen sanakirja , Office québécois de la langue française -ohjelmassa (käytetty 12. toukokuuta 2013 )
(in) E. Hecht, Optics , Pearson Education,2001, 4 th ed. ( ISBN 0-8053-8566-5 )
Maailman ilmatieteen järjestö , ” Tutka heijastavuus , ” Eumetcal (näytetty 11 toukokuu 2013 )
Christian Wolff ja Pierre Vaillant, “ Surface Equivalent Radar ” , Radartutorail.eu-sivustossa ( luettu 11. toukokuuta 2013 )
Christian Wolff ja Pierre Vaillant, “ Réflectivité ” , Radartutorail.eu -sivustolla ( katsottu 11. toukokuuta 2013 )
(fr) " Sateen korkeuden mittaaminen tutkan heijastavuudella " , Météo-France (käytetty 21. heinäkuuta 2011 )
(en) Kansallinen sääpalvelu , " Reflectivity factor Z " , NOAA (käytetty 21. heinäkuuta 2011 )
(fr) Euromet , " Meteorological radar " , Understanding meteorology , Météo-France (käytetty 21. heinäkuuta 2011 )
(en) Kansallinen sääpalvelu , " Reflectivity Factor Z " , NOAA (käytetty 21. heinäkuuta 2011 )
J. Als-Nielsen ja D. McMorrow , modernin röntgenfysiikan elementit , Wiley ,2001, s. 83
LG Parratt, Phys. Ilm. 95 , 359 (1954).