Absorption
Der Begriff Absorption (lat: absorptio bzw. absorbere = ab-, (auf-)saugen) bezeichnet im allgemeinen das Aufsaugen, das In-sich-Aufnehmen von etwas.
Im folgenden sollen die physikalischen Bedeutungen des Begriffs Absorption erläutert werden.
In der Physik ist die Energie-Absorption mit Dissipation in einem Körper verbunden und ist damit von einem Energiedurchgang zu unterscheiden.
| Table of contents |
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2 Akustik 3 Optik 4 Radioaktive Strahlung 5 Fernerkundung 6 Absorption von Gasen 7 Absorption von Schwebstoffen 8 Siehe auch |
Egal ob es sich um Schallwellen, Photonen oder Teilchen handelt, lassen sich diese von der Struktur gleich behandeln.
wobei k ein der Bruchteil des transmittierten Stromes ist.
Damit ergibt sich das allgemeine Lambert-Beersches Gesetz:
wobei der Abschwächungskoeffizient ist (aus dem reziproken Abschwächungskoeffizient läßt sich die Halbswertsdicke ermitteln, die angibt, nach welcher Tiefe nur noch die Hälfte des Stromes vorhanden ist).
Der Abschwächungskoeffizient hängt von den Eigenschaften des absorbierenden Materials ab und in der Regel von der Energie des Stromes.
Handelt es sich aber um ein geschlossenes System mit einer Flüssigkeit und einem Gas, so 'strömen' zunächst die Teilchen in die Flüssigkeit, bis die Löslichkeit des Gases in der Flüssigkeit erreicht ist. Dabei handelt es sich dann um ein dynamisches Gleichgewicht, d.h. der Teilchenstrom in die Flüssigkeit ist genauso groß wie der Teilchenstrom in die Gasphase.
Die Absorptionsrate hängt hier hauptsächlich von der Menge eingelagerten Gases in der Flüssigkeit ab:
wobei L die Löslichkeit ist (hier als absolute Menge).
Siehe auch: Reflexion und Diffusität
In der Optik wird von Absorption gesprochen, wenn ein Teil des Lichtspektrums gefiltert wird. Wird beispielsweise eine gelbe Oberfläche mit (weißem) Tageslicht bestrahlt, so wird nur ein Teil des Lichtes reflektiert (bzw. bei transparenten Materialen transmittiert) und ein Teil absorbiert - man spricht auch von Remission. Dabei handelt es sich im Beispiel um den Spektralbereich der Lichtfarben (additive Farbmischung), der nicht im gelben Farbanteil enthalten ist. Dieser Effekt wird u. a. für Farbfilter ausgenutzt.
Photonen bestimmter Energie regen dabei Atome an, die ein Niveauunterschied mit genau dieser Energie besitzen. Je nach Energie der Photonen können dabei Niveau-Übergänge im Atomkern oder in der Elektronenhülle angeregt werden. Die Menge der absorbierten Photonen hängt dabei von der Schichtdicke des Materials ab.
Siehe auch: Absorptionsbande
In der Fernerkundung bezieht sich der Ausdruck auf das Aufnehmen von elektromagnetischer Energie durch Material der Atmosphäre oder der Oberfläche. Variation der Absorptionszusammenhänge/-muster hilft, zwischen verschiedenen Materialien zu unterscheiden.
Als Absorption von Gasen bezeichnet man das Eindringen von Gasen oder Gasgemischen in eine Flüssigkeit oder einen festen Stoff. Dieser wird Absorptionsmittel (oder Absorbens), das aufgenommene Gas wird Absorbat genannt.
Das Gas wird bei gegebener Temperatur im Absorptionsmittel gelöst, wobei Wärme (Absorptionswärme oder Lösungswärme) entsteht. Wenn bei der Lösung der Gase auch chemische Reaktionen stattfinden, so wird der Gleichgewichtszustand durch das Massenwirkungsgesetz bestimmt.
Finden bei der Lösung der Gase keine chemischen Reaktionen statt, so gilt für Flüssigkeiten bei niedrigem Druck näherungsweise das Henrysche Gesetz: Bei gegebener Temperatur ist die Konzentration c eines Gases proportional seinem Druck p über der Flüssigkeit ist: c = k*p; hierbei ist k der Absorptionskoeffizient, der von der Temperatur und den beteiligten Stoffen abhängt.
Sind mehrere Gase an der Absorption beteiligt, so werden sie unabhängig voneinander gemäß ihrem jeweiligen Partialdruck px in das Gasphase gelöst: cx = kx * px (Henry-Daltonscher Verteilungssatz).
Sind bei einem Gas mehrere nicht mischbare Flüssigkeiten als Absorptionsmittel beteiligt, so ist das Verhältnis der Konzentrationen unabhängig von der Menge des gelösten Stoffes und der Flüssigkeiten und hängt nur von der Temperatur und den Stoffen ab (Nernstscher Verteilungssatz).Allgemein
Ganz allgemein kann Absorption durch eine Absorptionsrate oder Absorptionsgrad beschrieben werden.Absorption von Strömen
Bei Absorption von Strömen in einem dicken absorbierenden Material wird pro Schicht ein bestimmter Bruchteil des Stromes absorbiert. Der Strom I, der hinter dieser Schichtdicke d noch verfügbar ist, ermittelt sich mit:Absorption von Teilchen
Wenn es sich um ein Teilchenstrom handelt, läßt sich die Absorption zunächst ähnlich beschreiben, wie die Absorption von Strömen.Akustik
Einfallende Schallwellen, die auf Oberflächen treffen, die aus absorptiven Material sind, werden nur geringe oder keine reflektierte Schallenergie zur Folge haben. Die absorbierte Schallenergie führt zu einer Erhöhung der Gitterenergie des absorbierenden Materials. Lautheit und Halligkeit werden reduziert, aber eine starke Behandlung nur mit Absoptionsmaterial macht den Raumklang dröhnend und unklar. Übermäßige Anwendung von Absorption erzeugt einen Mangel an reflektierenden Oberflächen, der zu einem Verlust der Obertöne führt und damit die natürliche Helligkeit des Klangs beseitigt. Nur die Ausgeglichenheit zwischen Absorption (Schalldämpfung) und Diffusität (Schallzerstreuung) kann der Schlüssel zu einer optimierten Raumakustik sein.Optik
Radioaktive Strahlung
Die Absorption von radioaktiver Strahlung in Materie erfolgt durch verschiedene Mechanismen (siehe Radioaktivität) durch das allgemeine Lambert-Beer-Gesetz. Der Abschwächungskoeffizient wird meist durch die Halbwertsdicke gekennzeichnet, die neben der Art der Strahlung wesentlich von der Energie und dem Absorber abhängt.Fernerkundung
Absorption von Gasen