Radyatif transfer

Radyatif transfer elektromanyetik radyasyon formunda fiziksel bir enerji transferi olayıdır. Radyasyon bir ortam boyunca yayılırken absorbsiyon, emisyon ve saçılma işlemlerinden etkilenir. Işınım Taşınım Denklemi bu etkileşimleri matematiksel olarak tanımlar. Radyatif Transfer Denklemi optik, astrofizik, atmosfer bilimi ve uzaktan algılama gibi çok çeşitli konularda uygulanmaktadır. Radyatif Transfer Denkleminin (RTD) analitik çözümleri basit durumlar için mevcuttur, ancak daha gerçekçi ortamlar için karmaşık çoklu saçılma parametreleri ile sayısal yöntemler gereklidir. Bu makale büyük ölçüde radyasyon dengesinin durumuna odaklanmıştır.^[1]^[2]

Tanımlar

Bir radyasyon alanını tanımlayan temel miktara radyometrik terimlerle spektral radyasyon denir. (diğer alanlarda buna genellikle spesifik şiddet denir). Birim zamandan, birim frekans aralığında, $da\,$ gibi bir yüzeyden yayınlanıp, ${\textstyle d\Omega }$ katı açısı içerisinde ilerleyerek $da'\,$ gibi bir yüzeye giren enerji niceliğine spesifik şiddet denir.

Radyometrik terimlerle, geçit, her bir uzamsal yönde, her bir uzamsal doğrultuda iki duyunun her birine yayılan enerji miktarı ile, birim zaman başına, kaynak geçişi yüzeyinin birim alanı başına, bir mesafedeki birim katı açısına göre, birim dalga boyu aralığı dikkate alınır. (o an için polarizasyon dikkate alınmaz.)

Spesifik şiddeti $I_{\nu }$ ,katı açı $d\Omega$ yayınlandığı yüzey $da\,$ , radyasyonun yayınlandığı nokta $\mathbf {r}$ , radyasyonun katı açı içindeki yayınlanma doğrultusu ${\hat {\mathbf {n} }}$ , zamandaki değişim $dt\,$ , frekans aralığında $\nu \,$ için $\nu +d\nu \,$ yazılır.

$dE_{\nu }=I_{\nu }(\mathbf {r} ,{\hat {\mathbf {n} }},t)\cos \theta \ d\nu \,da\,d\Omega \,dt$

$\theta$ (teta açısı) birim yönü vektörünün açısıdır ${\hat {\mathbf {n} }}$ alan elemanına normal yapar. cos $\theta$ ile iz düşümüyle oluşacak açı farkının düzeltmesi yapılmış olur. Spektral ışıma birimlerinin enerji / zaman / alan / katı açı / frekans olduğu görülür. MKS birimlerinde bu W · m ⁻² · sr ⁻¹ · Hz ⁻¹ olacaktır.

Radyatif Transfer Denklemi

Radyatif transfer denklemi basitçe bir radyasyon demeti bir katı açı içerisinde ilerledikçe absorbsiyon enerjisini kaybettiğini, emisyon işlemi ile enerji kazandığını ve saçılma yoluyla enerjiyi yeniden dağıttığını söylüyor. Termodinamik, soğurulan absorbsiyon enerjisi kadar emisyonun olması gerektiğini söyler. Radyatif Transfer Denkleminin diferansiyel şekli:

{\frac {1}{c}}{\frac {\partial }{\partial t}}I_{\nu }+{\hat {\Omega }}\cdot \nabla I_{\nu }+(k_{\nu ,s}+k_{\nu ,a})I_{\nu }=j_{\nu }+{\frac {1}{4\pi }}k_{\nu ,s}\int _{\Omega }I_{\nu }d\Omega

$c$ ışığın hızı, $j_{\nu }$ emisyon katsayısı, $k_{\nu ,s}$ saçılma opasitesi, $k_{\nu ,a}$ absorbsiyon opasitesi ve ${\frac {1}{4\pi }}k_{\nu ,s}\int _{\Omega }I_{\nu }d\Omega$ terimi, genel bir ifadeyle diğer yönlerden bir yüzeye saçılan radyasyonu temsil eder.

Emilim/Soğurma/Absorbsiyon (elektromanyetik radyasyon)
Atomik çizgi spektrumları
Beer-Lambert yasası
Emisyon/Yayılım
Atmosferik radyasyon transfer kodlarının listesi
Saçılma
Biyolojik dokuda foton taşınımı için ışıma aktarım denklemi ve difüzyon teorisi
Spektral Radyans
Spesifik Şiddet
Vektör ışınımı transferi

Kaynakça

^ Radiative Transfer. Dover Publications Inc. 1960. s. 393. ISBN 978-0-486-60590-6.
^ Radiative Transfer in Scattering and Absorbing Atmospheres: Standard Computational Procedures. A. Deepak Publishing. 1985. s. 583. ISBN 978-0-12-451451-5.

Daha Fazlası

Theory of Stellar Atmospheres, An Introduction to Astrophysical Non-equilibrium Quantitative Spectroscopic Analysis. Princeton University Press. 2015. s. 944. ISBN 9780691163291.
Radiative Transfer. Dover Publications Inc. 1960. s. 393. ISBN 978-0-486-60590-6.
Radiative Transfer in Scattering and Absorbing Atmospheres: Standard Computational Procedures. A. Deepak Publishing. 1985. s. 583. ISBN 978-0-12-451451-5.
A First Course in Atmospheric Radiation (2. bas.). Sundog Publishing (Madison, Wisconsin). 2006. ISBN 978-0-9729033-1-8.
Foundations of Radiation Hydrodynamics. Dover Publications, Inc. 1984. ISBN 978-0-486-40925-2.
Radiative Processes in Astrophysics. Wiley-Interscience. 1985. ISBN 978-0-471-82759-7.
Radiative Transfer in the Atmosphere and Ocean. Cambridge University Press. 1999. ISBN 978-0-521-40124-1.
Fundamentals of Atmospheric Radiation: an Introduction with 400 Problems. John Wiley & Sons. 2006. ISBN 978-3-527-40503-9.
Principles of Planetary Climate. Cambridge University Press. 2010. ISBN 9780521865562.

[chandrasekhar-1] Radiative Transfer. Dover Publications Inc. 1960. s. 393. ISBN 978-0-486-60590-6.

[lenoble-2] Radiative Transfer in Scattering and Absorbing Atmospheres: Standard Computational Procedures. A. Deepak Publishing. 1985. s. 583. ISBN 978-0-12-451451-5.

[1]

[2]