감쇠

물리학에서, 감쇠 또는 어떤 맥락에서 소멸은 매체를 통해 플럭스 강도가 점차적으로 손실되는 것입니다.예를 들어, 어두운 안경은 햇빛을 감쇠시키고, 납은 X선을 감쇠시키며, 물과 공기는 빛과 소리를 모두 감쇠시키는 가변 감쇠율입니다.

청력 보호기는 귀로 유입되는 음향 플럭스를 줄이는 데 도움이 됩니다.이 현상은 음향 감쇠라고 불리며 데시벨(dB) 단위로 측정됩니다.

전기공학 및 전기통신에서 감쇠는 전기회로, 광섬유 및 공기 중 파도와 신호의 전파에 영향을 미칩니다.전기 감쇠기와 광 감쇠기는 일반적으로 이 분야에서 제조되는 컴포넌트입니다.

배경

대부분의 경우 감쇠는 매체를 통과하는 경로 길이의 지수 함수입니다.광학 및 화학 분광학에서는 이를 맥주-람버트 법칙이라고 한다.공학에서 감쇠는 보통 매체의 단위 길이(dB/cm, dB/km 등)당 데시벨 단위로 측정되며 해당 ^[1]매체의 감쇠 계수로 표시됩니다.지진에서도 감쇠가 발생합니다.지진파가 지상에서 감쇠할수록 지진파가 작아집니다.

초음파

감쇠가 중요한 역할을 하는 연구 분야 중 하나는 초음파 물리학이다.초음파 감쇠는 영상 매체를 통과하는 거리의 함수로서 초음파 빔의 진폭을 감소시키는 것입니다.신호 진폭이 감소하면 생성된 영상의 품질에 영향을 미칠 수 있으므로 초음파에서 감쇠 효과를 고려하는 것이 중요합니다.초음파 빔이 매체를 통과하는 감쇠를 알면 원하는 이미징 깊이에서의 에너지 손실을 보상하기 위해 ^[2]입력 신호 진폭을 조정할 수 있다.

• 유화나 콜로이드와 같은 이종 시스템에서 초음파 감쇠 측정은 입자 크기 분포에 대한 정보를 산출한다.이 ^[3]기술에는 ISO 표준이 있습니다.
• 초음파 감쇠는 확장 레올로지 측정에 사용할 수 있습니다.확장 점도와 부피 점도를 측정하기 위해 스토크스의 법칙을 사용하는 음향 레오미터가 있습니다.

음향 감쇠를 고려한 파동 방정식은 분수 미분 형식으로 작성할 ^[4]수 있다.

균질 매체에서 감음의 원인이 되는 주요 물리적 특성은 점도와 열전도율이다.^[6][7]

감쇠 계수

감쇠계수는 주파수의 함수로서 투과된 초음파 진폭이 얼마나 강하게 감소하는지에 따라 다른 매체를 정량화하기 위해 사용된다.감쇠계수$($ {\$displaystyle \alpha$를 사용하여 다음 공식을 사용하여 매체 내 총 감쇠(dB)를 결정할 수 있습니다.

$\displaystyle \text{Atenuation}=\alpha \left[\frac\text{d]B}}{\text{\text}MHz}}\cdot {cm}}\right]\cdot \ell [{\text{cm}}\cdot {f}[{\text{\text}}MHz}}}}$

감쇠는 중간 길이와 감쇠 계수와 생물학적 조직에 대한 입사 초음파 빔의 주파수에 선형적으로 의존한다(단순한 매체의 경우 공기와 같은 관계는 2차).감쇠 계수는 미디어에 따라 크게 다릅니다.그러나 생물의학 초음파 영상에서는 생물학적 물질과 물이 가장 일반적으로 사용되는 매체이다.1MHz 주파수에서 일반적인 생물학적 물질의 감쇠 계수는 ^[8]다음과 같습니다.

재료.	$\displaystyle\alpha\text{}\leftfrac\frac\text{dB}}{\text{\text}MHz}\cdot {text {cm}}\right}$
공기, 20 °C[9]	1.64
피	0.2
뼈, 피질	6.9
골격, 사골	9.94
뇌	0.6
유방.	0.75
심장	0.52
결합 조직	1.57
덴틴	80
에나멜	120
뚱뚱해요.	0.48
간	0.5
골수	0.5
근육	1.09
힘줄	4.7
연조직(평균)	0.54
물.	0.0022

음향 에너지 손실에는 흡수와 ^[10]산란이라는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다.균질 배지를 통한 초음파 전파는 흡수와만 관련이 있으며 흡수 계수만으로 특징지을 수 있다.이종 매체를 통한 전파에는 ^[11]산란을 고려해야 합니다.

물 속 광감쇠

태양에서 방출되는 단파 방사선은 가시광선 스펙트럼에서 360nm(자색)에서 750nm(빨간색) 사이의 파장을 가집니다.태양의 방사선이 해수면에 도달하면 단파 복사는 물에 의해 감쇠되고 빛의 세기는 수심과 함께 기하급수적으로 감소한다.깊이에서의 빛의 세기는 맥주-램버트 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다.

맑은 중층 바다에서 가시광선은 가장 긴 파장에서 가장 강하게 흡수된다.따라서 빨간색, 주황색, 노란색 파장은 얕은 깊이에서 완전히 흡수되는 반면 파란색과 보라색 파장은 물기둥에서 더 깊숙한 곳에 도달한다.파란색과 보라색 파장은 다른 파장에 비해 가장 적게 흡수되기 때문에, 바다 속 물은 눈에 파란색으로 보입니다.

해안가 근처에는 매우 깨끗한 중양수보다 해안수가 더 많은 식물성 플랑크톤을 포함하고 있다.엽록소 - 식물 플랑크톤에 있는 색소는 빛을 흡수하고 식물 자체가 빛을 흩어지게 하여, 연안 바다를 중간 해양 물보다 덜 맑게 만듭니다.클로로필a는 가시 스펙트럼 중 가장 짧은 파장(파란색과 보라색)에서 빛을 가장 강하게 흡수합니다.고농도의 식물성 플랑크톤이 발생하는 연해에서는 물기둥에서 녹색 파장이 가장 깊고 물의 색은 청록색 또는 녹색으로 나타난다.

지진

지진이 장소에 영향을 미치는 에너지는 주행 거리에 따라 달라집니다.지반 운동 강도 신호의 감쇠는 가능한 강력한 지반 흔들림의 평가에 중요한 역할을 한다.지진파는 지구를 통과할 때 에너지를 잃는다(지진감쇠).이 현상은 거리에 따른 지진 에너지의 분산과 관련이 있다.소멸 에너지에는 두 가지 유형이 있습니다.

• 더 큰 부피로의 지진 에너지 분포로 인한 기하학적 분산
• 내적 감쇠 또는 비탄성 감쇠라고도 하는 열로서의 분산.

다공질 유체—사암과 같은 포화 퇴적암에서 지진파의 본질적 감쇠는 주로 고체 프레임에 상대적인 모공 유체의 파동에 의해 발생한다.^[12]

전자파

감쇠는 광자의 흡수 또는 산란으로 인한 전자파 방사 강도를 감소시킨다.감쇠에는 역제곱 법칙 기하학적 확산으로 인한 강도 감소는 포함되지 않습니다.따라서 강도의 총 변화 계산에는 역제곱 법칙과 경로에 대한 감쇠 추정 둘 다 포함됩니다.

물질에서 감쇠의 주요 원인은 광전 효과, 콤프턴 산란 및 1.022 MeV 이상의 광자 에너지의 경우 쌍생성이다.

동축 및 일반 RF 케이블

RF 케이블의 감쇠는 다음과 같이 정의됩니다.

$\displaystyle\text{감소(dB/100m)}=10\times \log _{10}\leftfrac {P_{1}\(W)}{P_{2}\(W)}}}\right},}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 P 1$({$은 특성 임피던스의 공칭값으로 종단된 100m 길이의 케이블에 대한 입력 $전력$이며$,$ P 2({$displaystyle$ P_${2$}})는 ^[13]이 케이블의 원단에 있는 출력 전력입니다.

동축 케이블에서의 감쇠는 재료와 구조의 함수이다.

방사선 촬영

이 섹션은 확장해야 합니다.추가하시면 됩니다. (2018년 3월)

X선 빔이 조직을 통과할 때 광자가 흡수되면 X선 빔이 감쇠됩니다.물질과의 상호작용은 고에너지 광자와 저에너지 광자 사이에서 다양하다.더 높은 에너지로 이동하는 광자는 물질과 상호작용할 가능성이 적기 때문에 조직 표본을 통해 이동할 수 있습니다.이는 주로 "광전 흡수 확률은 (Z/E)³에 거의 비례한다"는 광전 효과 때문이다. 여기서 Z는 조직 원자의 원자 번호이고 E는 광자 ^[14]에너지이다.이러한 맥락에서, 광자 에너지(E)의 증가는 물질과의 상호작용을 급격하게 감소시킨다.

광학

광섬유의 감쇠는, 전송 손실이라고도 불리며, 전송 매체를 통과하는 거리에 대한 광빔(또는 신호)의 세기가 감소하는 것입니다.광섬유에서의 감쇠계수는 일반적으로 dB/km 단위의 매체를 통한 단위를 사용합니다.이는 현대 광전송의 투명도가 상대적으로 높기 때문입니다.매질은 일반적으로 입사 광선을 내부에 가두는 실리카 유리 섬유입니다.감쇠는 장거리 디지털 신호의 전송을 제한하는 중요한 요소입니다.따라서 광신호의 감쇠를 제한하고 증폭을 최대화하는 데 많은 연구가 진행되었습니다.광섬유의 감쇠는 주로 산란과 흡수에 의해 발생한다는 것이 실증연구에 의해 밝혀졌다.

광섬유 감쇠는 다음 방정식을 사용하여 정량화할 수 있습니다.

${\displaystyle {Atenation(dB)}}=10\times \log _{10}\leftfrac\frac {text}입력 강도(W)}}{\text{출력 강도(W)}}}\오른쪽}}$

광산란

광섬유의 코어를 통한 빛의 전파는 광파의 전체 내부 반사에 기초합니다.거칠고 불규칙한 표면은, 심지어 유리의 분자 레벨에서도, 빛이 많은 무작위 방향으로 반사되는 원인이 될 수 있습니다.이러한 유형의 반사를 "확산 반사"라고 하며, 일반적으로 광범위한 반사 각도로 특징지어진다.육안으로 볼 수 있는 대부분의 물체는 확산 반사에 의해 보인다.이러한 유형의 반사에 일반적으로 사용되는 또 다른 용어는 "빛 산란"입니다.물체 표면으로부터의 빛의 산란은 우리의 물리적 ^[15]관찰의 주요 메커니즘이다.많은 공통 표면에서 산란되는 빛은 반사율로 모델링할 수 있다.

빛의 산란은 산란되는 빛의 파장에 따라 달라집니다.따라서 입사 광파의 주파수와 산란 중심의 물리적 치수(또는 공간적 규모)에 따라 가시성의 공간적 척도에 대한 한계가 발생하며, 이는 일반적으로 특정 미세 구조 특징의 형태이다.예를 들어 가시광선은 1마이크로미터 정도의 파장 눈금이 있기 때문에 산란 중심은 비슷한 공간 눈금으로 치수를 갖게 됩니다.

따라서 감쇠는 내부 표면 및 인터페이스에서 일관되지 않은 빛의 산란으로부터 발생합니다.금속이나 세라믹과 같은 결정성 재료는 기공 외에 대부분의 내부 표면 또는 계면이 결정성 질서의 작은 영역을 분리하는 입자 경계 형태입니다.최근 산란 중심(또는 입자 경계)의 크기가 산란되는 빛의 파장 크기 이하로 줄어들면 산란이 더 이상 유의하게 발생하지 않는 것으로 나타났다.이 현상은 투명한 세라믹 재료의 생산을 야기했다.

마찬가지로 광학 품질의 유리 섬유에서 빛의 산란은 유리 구조의 분자 수준의 불규칙성(성분 변동)에 의해 발생합니다.실제로, 한 새로운 학파는 유리가 단순히 다결정 고체의 제한적인 경우라는 것입니다.이 틀 안에서, 다양한 정도의 단기 질서를 나타내는 「도메인」은, 유리나 세라믹스 뿐만이 아니라, 금속이나 합금의 구성 요소가 된다.이러한 영역 간 및 영역 내에는 빛의 산란 발생에 가장 이상적인 위치를 제공하는 미세 구조 결함이 분포되어 있다.이 같은 현상은 IR 미사일 ^[16]돔의 투명성을 제한하는 요인 중 하나로 보인다.

UV-Vis-IR 흡수

빛의 산란과 더불어 감쇠 또는 신호 손실은 색상의 외관을 담당하는 것과 유사한 방식으로 특정 파장의 선택적 흡수에 의해 발생할 수 있다.주요 재료 고려사항에는 다음과 같은 전자와 분자가 포함된다.

• 전자 수준에서, 전자 궤도가 자외선(UV) 또는 가시 범위에서 특정 파장 또는 주파수의 빛 양자(또는 광자)를 흡수할 수 있도록 간격(또는 "양자화")에 따라 달라진다.이것이 색을 내는 것이다.
• 원자 또는 분자 수준에서, 그것은 원자 또는 분자 진동 또는 화학 결합의 주파수, 원자 또는 분자가 얼마나 밀착되어 있는지, 그리고 원자 또는 분자가 장거리 질서를 나타내는지 여부에 따라 달라집니다.이러한 요인에 따라 적외선(IR), 원적외선, 무선 및 마이크로파 범위에서 더 긴 파장을 전달하는 물질의 용량이 결정됩니다.

특정 물질에 의한 적외선(IR) 빛의 선택적 흡수는 선택한 광파의 주파수가 해당 물질의 입자가 진동하는 주파수(또는 주파수의 정수 배수)와 일치하기 때문에 발생합니다.서로 다른 원자와 분자는 서로 다른 고유 진동 주파수를 가지고 있기 때문에, 그들은 적외선(IR) 빛의 다른 주파수(또는 스펙트럼의 일부)를 선택적으로 흡수할 것이다.

적용들

광섬유에서 감쇠는 신호광의 강도가 감소하는 속도입니다.따라서 장거리 광케이블에는 유리섬유(감쇠가 낮은 것)가 사용됩니다.플라스틱 파이버는 감쇠가 높아져 범위가 짧아집니다.광섬유 케이블의 신호를 의도적으로 감소시키는 광감쇠기도 있습니다.

빛의 감쇠는 또한 물리 해양학에서 중요하다.이 같은 효과는 기상 레이더에서 중요한 고려사항이다. 왜냐하면 빗방울이 사용된 파장에 따라 어느 정도 중요한 발광 빔의 일부를 흡수하기 때문이다.

고에너지 광자의 손상 효과로 인해 그러한 방사선과 관련된 진단 치료 중에 조직에 축적되는 에너지의 양을 알아야 한다.또한 감마선은 건강한 조직과 종양 조직에 얼마나 많은 에너지가 축적되는지 아는 것이 중요한 암 치료에 사용된다.

컴퓨터 그래픽스에서 감쇠는 광원과 힘장의 국소적 또는 전역적 영향을 정의합니다.

CT 영상촬영에서 감쇠는 영상의 농도 또는 어둡기를 나타냅니다.

라디오

감쇠는 무선 통신의 현대 세계에서 중요한 고려 사항입니다.감쇠는 무선 신호의 범위를 제한하고 신호가 통과해야 하는 물질(예: 공기, 목재, 콘크리트, 비)의 영향을 받습니다.무선 통신에서의 신호 손실에 대한 자세한 내용은 경로 손실에 대한 문서를 참조하십시오.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

외부 링크

• NIST의 XAAMDI: 선량측정 관심 소재에 대한 X선 감쇠 및 흡수
• NIST의 XCOM: Photon Cross Sections 데이터베이스
• NIST의 FAST: 감쇠 및 산란표
• 수중 무선 통신