Удельный коэффициент поглощения мрт зависит от
Пользователи мобильных электронных устройств (телефонов и прочих беспроводных устройств) подвергаются в той или иной мере воздействию СВЧ-излучения. В качестве меры поглощенного тканями человеческого чела электромагнитного излучения используется т.н. удельный коэффициент поглощения (specific absorption rate — SAR) . Для разработки более безопасных устройств инженеры могут рассчитать локальные значения SAR для модели головы человека, облучаемой СВЧ-антенной, с помощью инструментов программного пакета COMSOL Multiphysics®.
Использование коэффициента SAR для характеризации поглощения СВЧ-излучения
При использовании беспроводных устройств, наше тело подвержено воздействию СВЧ-энергии от антенн, входящей в их состав. Следовательно, необходимо понимать, каковы последствия воздействия электромагнитного излучения на здоровье человека. СВЧ-энергия, проникая в живые ткани, рассеивается в виде тепла, которое наше тело способно поглотить. Количество поглощенной энергии зависит от частоты этого сигнала.
При создании прототипов СВЧ-излучаталей их разработчики должны закладывать параметры, соответствующие требованиям безопасности. Это гарантирует, что уровень воздействия излучения от таких устройств не превысит максимально допустимого значения. Для оценки степени безопасности использования таких устройств, можно измерить уровень воздействия СВЧ-излучения, создаваемого ими, посредством SAR-тестирования. Изменение SAR позволяет получить объективные показатели для определения максимальной величины электромагнитного воздействия различных устройств. Коэффициент SAR вычисляется следующим образом:
SAR=sigmafrac{mathbf {|E|} ^2} {rho}
где σ — электрическая проводимость материала, |E| — норма электрического поля (среднеквадратическая), а ρ — плотность живых тканей. Единицы измерения — ватт на килограмм (Вт/кг).
С помощью инструментов модуля Радиочастоты пакета COMSOL Multiphysics можно вычислить и проанализировать локальные значения коэффициента SAR в упрощенной модели головы и мозга человека, находящихся рядом с прямоугольной микрополосковой антенной, работающей в частотном диапазоне беспроводных сетей Wi-Fi. Такая модель позволит численно продемонстрировать процесс поглощения головой человека СВЧ-излучения, исходящего от антенны.
Визуализация распределения коэффициента SAR головы человека в приближенной модели головного мозга и напряженности электрического поля на поверзности прямоугольной микрополосковой антенны.
Моделирование облучения фантома человеческой головы СВЧ-излучением
В этой учебной модели используется CAD-геометрия человеческой головы, идентичная специальной антропометрической модели (specific anthropomorphic mannequin — SAM) головы человека, в соответствии со стандартной спецификацией IEEE, IEC и CENELEC по измерению удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии. Исходная геометрия была конвертирована во внутренний формат COMSOL Multiphysics с незначительными упрощениями, и для сокращения вычислительной сложности данной задачи она была уменьшена на 60%. За счет отрисовки эллипсоида была создана упрощенная форма мозга, а остальные части человеческой головы были определены как кортикальная костная ткань.
Антенна рядом с человеческой головой состоит из тонкого стоя металла, нанесенного на прямоугольную диэлектрическую подложку из FR4. На дне подложке также сделана металлизация для заземления. В интерфейсе Electromagnetic Waves, Frequency Domain (Электромагнитные волны, Частотная область) можно упрощенно представить металлические части антенны (микрополосковая линия питания, излучатель и заземление) как поверхности, задав ГУ Perfect Electric Conductor (Идеальный электрический проводник) в предположении незначительных потерь. Возбуждение задается посредством граничного условия Lumped Port, являющегося упрощенной версией ГУ Port (для возбуждения TEM-мод). В данном случае питание антенны осуществляется при помощи сосредоточенного порта с сопротивлением 50 Ом.
Для имитации испытания антенны в бесконечном свободном пространстве, фантом человеческой головы и антенна окружаются сферической воздушной областью с дополнительным слоем вдоль внешней границы, в котором используется условие Perfectly Matched Layer (PML). PML выступает в качестве «виртуальной» безэховой камеры, поглощая всю энергию волнового излучения и предотвращая ее нежелательное отражение.
Вид расчетной области: фантом человеческой головы и прямоугольная микрополосковая антенна Wi-Fi. Выделенная на втором изображении область — это PML, половина доменов скрыта с целью наглядного представления внутренней области.
И наконец, для расчета коэффициента SAR на область головы добавляется условие Specific Absorption Rate (которое доступно, начиная с релиза COMSOL 5.5). Количество поглощенной СВЧ-энергии представляется величиной коэффициента SAR (который при добавлении указанного условия становится доступен в качестве переменной постобработки) вычисляется на основе расчетного распределения электрического поля и заданной плотности и проводимости человеческой головы.
Обратите внимание на то, что в этой модели применяется допущение об однородности всех материалов. Более реалистично вещество головного мозга описано в модели Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Brain model, в которой свойства разных типов живых тканей головы характеризуются интерполяционными функциями, основанными на импортированных данных МРТ-исследований.
Выборка областей для условия Specific Absorption Rate .
Анализ воздействия СВЧ-излучения и расчет коэффициента SAR в области головы человека
Ниже приведены графики распределения коэффициента SAR в голове человека, расположенной рядом с Wi-Fi антенной. Наибольшее значение коэффициента SAR наблюдается на поверхности, обращенной к полю падающего СВЧ-излучения. Как правило, коэффициент SAR зависит от положения антенны и диэлектрических свойств. Человеческое тело имеет разные значения диэлектрических свойств (проницаемость и проводимость), которые к тому же являются частотнозависимыми и неоднородными в пространстве. И проводимость, и диэлектрическая проницаемость тканей человеческого тела влияют на количество поглощенного излучения. Значение коэффициента SAR возрастает при увеличении резистивных потерь.
График распределения коэффициента SAR на частоте 2.45 ГГц.
В контексте данной модели также интересно оценить диаграмму направленности системы. Для многих привычно, что такая диаграмма для стандартной микрополосковой антенны должна показывать основное направление излучения сигнала — по нормали к поверхности подложки. Но ниже показаны результаты для излучаемого прямоугольной микрополосковой антенной поля (в дальней зоне), которое в данной системе искажено в силу отражения сигнала от человеческой головы.
Искаженные 2d-диаграмма направленности в плоскости xy (слева) и 3d-диаграмма направленности (справа) излучения в дальней зоне для прямоугольной микрополосковой антенны, расположенной рядом с головой человека, на частоте 2.45 ГГц. Для наглядной визуализации 3d-паттерна рядом с головой масштаб и положение на графике выше были изменены.
Таким образом, значение коэффициента SAR, которое представляет особый интерес для проектировщиков беспроводных устройств, легко получить с помощью COMSOL Multiphysics. После проведения моделирования коэффициент SAR можно также рассчитать для произвольного объема в любой части расчетной области. При создании электронных мобильных устройств, важно определить количество излучения, которое будет поглощаться человеческим телом. Пользователи программного пакета COMSOL Multiphysics и модуля Радиочастоты получают быстрый и наименее затратный метод разработки устройств в соответствии с требованиями безопасности.
Дальнейшие шаги
Для ознакомления с рассмотренной моделью по расчету SAR в человеческой голове, расположенной рядом с Wi-Fi антенной, нажмите кнопку ниже. При этом вы откроете страницу примера в Галерее моделей и приложений, в которой вы найдете подробную документацию с пошаговыми инструкциями по сборке и MPH-файл, который можно скачать при наличии действительной лицензии на программный пакет.
Коэффициент поглощения г называют молярным, если концентрация веш,ества выражена в моль/л. Он представляет собой оптическую плотность 1 М раствора при длине кюветы 1 см. Величина 8 измеряется в л/(моль-см), но принято приводить значение 8 без указания единиц измерения. Если концентрацию вещества выражают в процентах, то вместо 8 используют удельный коэффициент поглощения, численно равный оптической плотности 1%-ного раствора при /=1 см, и обозначают E u Коэффициент поглощения обычно используют для сравнительной оценки чувствительности фотометрических реакций и методик чем выше значение 8, тем меньшую концентрацию вещества можно определить. Постоянство значений г при разных концентрациях вещества обычно свидетельствует о соблюдении закона поглощения в определяемом интервале концентраций, т. е. е не зависит от концентрации и длины кюветы и характеризует степень поглощения электромагнитного излучения. Метод анализа называют фотометрическим, когда измеряют степень поглощения веществом излучения сравнительно широкого участка спектра, выделенного с помощью светофильтров, с помощью фотоэлектроколориметров. [c.23]
К, — удельный коэффициент поглощения. [c.70]
Из формулы (5.8) видно, что ослабление теплового излучения зависит от толщины г и физических свойств воздушно-водяной завесы, характеризующихся коэффициентом поглощения р. Значения коэффициента р для различных защитных сред определялись экспериментально при излучении пламени природного газа, имеющего удельную теплоту пожара [c.107]
Для указанных образцов (разбавленных растворов в толуоле концентрации 10-2-10-3 моль/л) на двулучевом спектрометре СФ-46 в диапазоне 286-769 нм были записаны оптические спектры (рис.1) и определены соответствующие удельные коэффициенты поглощения. [c.128]
Удельные коэффициенты поглощения [c.142]
Измерение удельных коэффициентов поглощения групп СН3, СНа и СН для 45 парафинов, 40 циклопарафинов (циклопентанов и циклогексанов) и 14 ароматических углеводородов в областях 3,0—3,5 р, (валентные колебания СН), 6,5—7,5 ц (деформационные колебания СН) и 12,5—14,3 ц (деформационные колебания СНз метиленовых цепочек) [102] показали, что группы СНа циклопентановых колец поглощают не у 3,42 ц (обычная область поглощения для групп СНа), а в области 3,38 ц, налагаясь, таким образом, на поглощение групп СН3. [c.241]
Было показано, что поглощение в области 7,1—7,5 ц вызывается только группой СНз- Поскольку точное положение максимума поглощения изменяется в зависимости от того, в какую молекулу эта группа входит, применялся средний удельный коэффициент поглощения, измеренный в области 7,14—7,45 ц. Б области 12,5—14,3 ц средний удельный коэффициент поглощения для группы СН3 метиленовых цепочек оказался достаточно постоянно величиной для углеводородов различных классов. На основании этого исследования была предложена следующая схема определения содержания структурных групп в предельных углеводородных смесях в области 7,1 — 7,5 ц по среднему поглощению определяется содержание групп СН3, в области 12,5—14,3 ц по среднему поглощению определяется содержание групп СНа, входящих в метиленовые цепочки удельные коэффициенты поглощения для полос 3,38 и 3,42 ц с поправкой на поглощение метиленовых групп СН3 и СНа дают содержание групп СНа в пяти- и шестичленных кольцах. Определение содержания струк- [c.241]
Зависимость молекулярно-массовых характеристик полистирола от удельного коэффициента поглощения [ 16,19] [c.72]
Если концентрация вещества измеряется в г/л, то к, называется удельным коэффициентом поглощения. Молекулярный коэффициент поглощения — это произведение удельного коэффициента поглощения на молекулярный вес. [c.300]
Поглощение свободными носителями заряда. Это поглощение происходит за счет изменения полной энергии носителей в пределах одной и той же зоны. Оно имеет место в широком интервале частот падающего света, начиная с очень небольших значений частоты. Поглощение свободными носителями не связано с изменением их концентрации и потому не может привести к существенному изменению удельной проводимости данного полупроводника. Коэффициент поглощения в данном случае обратно пропорционален квадрату частоты падающего на кристалл света. Поэтому при больших частотах, когда происходит образование электроннодырочных пар, поглощение свободными носителями невелико и практически не оказывает влияния на величину квантового выхода р. [c.151]
На рис. X. 21 в качестве примера приведена кривая поглощения раствора нейтрального красного. Она содержит две полосы поглощения. Положение полосы определяется длиной волны или волновым числом, соответствующим максимуму поглощения, а ее интенсивность — значением оптической плотности на длине волны этого максимума. Интенсивность характеризуют молярным или удельным коэффициентом поглощения. Условия, при которых производились спектрофотометрические измерения, фиксируются в виде краткой записи в подписи к рисунку, иногда также указываются значения молярного коэффициента поглощения на максимумах и минимумах кривой поглощения. [c.646]
Величина gIolI характеризует степень ослабления интенсивности излучения после пропускания через раствор. Ее называют оптической плотностью раствора, или его экстинкцией, и обозначают буквой А (иногда О или Е). Закон отражает линейную зависимость А от концентрации поглощающего вещества С, толщины поглощающего слоя I, коэффициента поглощения (коэффициента экстинкции) е. При концентрации раствора 1 М и толщине поглощающего слоя 1 см е представляет собой коэффициент молярного поглощения. Он является основной характеристикой, отражающей способность вещества поглощать свет в определенном растворителе и при определенной длине волны. Чем больше величина е, тем выше чувствительность спектрофотометрического метода определения вещества. Иногда пользуются коэффициентом удельного поглощения 1см Представляющим [c.6]
Выполнение работы. Снимают спектры поглощения соединения в 0,1 в. растворе едкого натра и в 0,1 н. соляной кислоте. Для этого проделывают следующие операции. Точную навеску (0,1000 г) препарата растворяют в 100 мл растворителя (в мерной колбе). 1 мл раствора вносят в другую мерную колбу емкостью 100 мл. Объем доводят до метки. Перемешивают. Наполняют одну кювету чистым растворителем, вторую — приготовленным раствором. Измеряют оптическую плотность раствора относительно чистого растворителя через каждые Ъ нм ъ интервале длин волн от 220—320 нм, а вблизи максимумов поглощения — через 2—1 нм. На основании измерений оптической плотности D раствора вычисляют удельный коэффициент поглощения Е см . [c.486]
Данные по изучению спектров поглощения были получены в результате измерений при помощи ультрафиолетового спектрофотометра Бекмана. В формулы, применяемые для вычислений, входит величина а, представляющая собой удельный коэффициент поглощения [c.9]
Строят спектральные кривые для исследуемого соединения по оси абсцисс — длина волны к (в нм), по оси ординат — удельные коэффициенты поглощения Е /м- Отмечают максимумы светопоглощения например — при длине волны 261 нм — при длине волны 270 нм. [c.486]
Строят калибровочные кривые для обоих препаратов. С этой целью измеряют оптическую плотность при соответствующем максимуме светопоглощения для серии растворов известных концентраций и вычисляют удельные коэффициенты поглощения. При строгом подчинении закону Бера удельный коэффициент поглощения при любой длине волны не зависит от концентрации. [c.486]
Рефрактометрия — метод исследования и анализа веществ, основанный на измерении показателя преломления N или разницы показателей преломления веществ. Показатель преломления — постоянная величина для каждого вещества (подобно температуре плавления, удельному весу, молярному коэффициенту поглощения и др.) и таким образом характеризует данное вещество. Различают абсолютный N и относительный п показатели преломления. Свет как электромагнитное излучение при прохождении через какую-либо среду взаимодействует с частицами вещества [c.795]
В случае раствора поглощающего вещества в каком-либо прозрачном растворителе, коэффициент поглощения раствора можно заменить в формуле (4-25) произведением удельного коэффициента поглощения поглощающего вещества на его концентрацию в грамм-молях на литр [c.68]
Определение свойств углеводородных систем по спектрам поглощения. Для исследования свойств углеводородных систем предложено использовать спектры поглощения в УФ и видимой областях спектра. Получены линейные соотношения между удельным коэффициентом поглощения и молекулярными массами асфальтенов различных нефтей, найдены линейные корреляции между коэффициентами поглощения и выходом углерода из нефтяных остатков, а также с нагарообразующей способностью бензинов и масел. В дальнейшем это направление поиска взаимосвязи свойств и коэффициентов поглощения получило новое развитие, сформулирован и теоретически обоснован принцип квазилинейной связи коэффициента поглощения с физико-химическими характеристиками углеводородных систем (принцип спектр-свойство ) [c.49]
В поглощении и отражении падающей на них лучистой энергии. К моменту достижения термодинамического равновесия, когда температуры поверхностей всех тел сравняются, каждое из них, имея коэффициенты поглощения Аи А , А ,. .., будет поглощать (излучать) и отражать удельные количества энергии, которые можно выразить так — AiE , Е = Ез=АзЕ [c.307]
Если плотность лучистого потока по облучаемой поверхности материала составляет Е Вт/м , а коэффициент поглощения лучистой тепловой энергии равен А, то за время Л материал поглотит количество тепла, равное АЕР,4х. Это количество тепла расходуется иа нагревание материала, испарение влаги и компенсацию потерь. Обозначив количество, удельную теплоемкость и температуру материала соответственно через О, с и I, напишем уравнение теплового баланса сушилки [c.674]
Порода Плотность р, кг/м Скорость продольной волны lifip, м/с Скорость поперечной волны X) on- м/с Коэффициент поглощения Удельное волновое сопротивление Z 10-5, кг/(м2-с) [c.88]
В американской литературе часто приводятся результаты анализа смазочных масел на содержание групп СН3 и Hg в парафиновых, циклопентановых н циклогексановых структурных звеньях, полученные методом Френсиса — Хастингса. К сожалению, эти методы нельзя прямо применять к исследованию наших отечественных нефтей и нефтепродуктов, так как вычисленные авторами удельные коэффициенты поглощения для каждой группы не могут быть использованы непосредственно при работе на других приборах вследствие влияния разрешающей способности прибора на форму полос поглощения. Повторять калибровку — дело сложное и долгое, особенно при отсутствии соответствующей коллекции стандартных углеводородов. Иогансен [139] предложил учитывать влияние разрешающей способности прибора. Тогда коэффициенты, полученные Френ- [c.242]
Электронные спектры поглощения растворов замещенных нитрофенолов регистрировали на спектрометре 8ресог(1 М40 в области волновых чисел 50000-11000 см в кварцевых кювета>( в растворе изопропанола хч . Установлена зависимость конста н-ты диссоциации и температуры кипения фенолов от удельного коэффициента поглощения [151 [c.70]
Фенилсилоксановый каучук (СКТФВ-803, рис. 35 Приложения) даже при небольших концентрациях фенильных групп дает в спектре характерные полосы поглощения (735, 1480, 1590, 3045, 3065 см 1). Идентификацию фенилсилоксановых каучуков можно проводить также методом спектроскопии в УФ-области. На рис. 1.4 приведены УФ-спектры растворов СКТФВ и его пиролизата в хлороформе (зависимость длины волны от удельного коэффициента поглощения а). В спектре раствора пиролизата сохраняется полоса поглощения, прису-ш,ая фенилвинилсилоксановому звену полимера. [c.25]
Цель исследований заключалась в проверке принципа квазилинейной связи применительно к высокомолекулярным системам путем Р1зучения зависимости молекулярной массы полистирола от коэффициентов поглощения в ультрафиолетовой области [16,19 ] В качестве объектов исследования использованы эталонные стандартные образцы олигомерного полистирола для гель-хроматогра(()ии с известными молекулярными массами. Спектры полистирола записывали в разбавленных растворах химически чистого хлороформа (концентрация — Ю » моль/л) на двулучевом спектромелре ЗРЕСОКО иУ-У18 с автоматической регистрацией спек-гров в диапазоне 250-278 нм. Особенностью данной системы является нелинейная корреляция между средневесовой и среднечисловой молекулярными массами и удельными коэффициентами поглощения (табл. 4.3) [c.71]
Данные рис. 3 показывают, что интенсивность спектров поглощения этих остатков различна, в то время как наклон кривых практически одинаков, иными словами, наблюдается вертикальный сдвиг спектров друг относительно друга в основном за счет фонового поглощения. С целью исключения фонового поглощения для оценки коксообразующей способности сырья коксования предлагается брать разность удельных коэффициентов поглощения при 400 и 435 нм ( ЛК = Kwo — К435) [c.32]
Исследование остатков проводили на двухлучевом спектрофотометре Spe ord UV VIS. Спектры бензольных растворов остатков записывались в области 350—500 нм в кювете толщиной 1 см, в канале сравнения — кювета с бензолом. В случае отсутствия спектрофотометров можно производить измерение на фотоэлектроколориметрах с использованием двух светофильтров, максимумы пропускания которых соответствуют длинам волн 400 и 435 нм (для фотоэлектроколориметра типа ФЭК-56 этим длинам волн соответствуют фильтры № 3 и 4). По измеренным значениям оптических плотностей на аналитических длинах волн Цт и Д435) на основании закона светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера определяются значения удельных коэффициентов поглощения [c.32]
Концентрация раствора пробы должна быть такой, чтобы оптические плотности на аналитических длинах волн находились в пределах 0,2—0,8. По разности удельных коэффициентов поглощения определяются коэффициент коксообразующей способности остатка ( ДК = К40П — К435) [c.32]
Изучены спектрофотометрические характеристики растворов красителей. Спектры красителей в видимой области имеют максимальное поглош,ение на длине волны Х=540 нм. По калибровочным кривым зависимости оптической плотности от концентрации раствора получены удельные коэффициенты поглощения, которые оказались равными для кислотного синего 2К и хромогена черного специального ЕТОО 25,0 л/(г см), а для прямого чистоголубого 20,8 л/(г см). [c.17]
Для спектрофотометрического определения алкалоидов берберииа в качестве стандартного образца используется берберин-бисульфат. Берберип — стандарт, культуральная жидкость и экстракт культуры ткани имеют идентичные кривые поглощения с максимумами 264, 347, 427 нм. Для удобства определения были рассчитаны удельные коэффициенты поглощения берберина-бисульфата при указанных длинах волн 735, 646 и 145, соответственно, что позволяет рассчитать содержание действующего вещества в культуральной жидкости, экстракте культуры ткани и агаре без использования стандарта. [c.112]
Поглощаемость а) — частное от деления поглощения (Л) на концентрацию вещества (с), выраженную в граммах на литр, и длину слоя поглощения в сантиметрах Ь) (а=Л/Ьс). С термином поглощаемость тесно связаны два других термина удельная экстинкция и удельный коэффициент поглощения . Термин удельная экстинкция (-Е /см) обычно используемый в фармакопеях, представляет собой частное от деления поглощения (А) на концентрацию вещества (с), выраженную в граммах на 100 мл, и длину слоя поглощения в сантиметрах (Ь) следовательно 5%, = 10а. Термин удельный коэффициент поглощения , предварительно предложенный Комиссией по физико-химическим символам, терминологии и единицам Международного союза теоретической ц прикладной химии (ИЮПАК), представляет собой частное от деления поглощения (Л) на концентрацию (с) и длину слоя поглощения (/) когда для удельного коэффициента поглощения используется символ Обь который в един>1цах системы СИ должен выражаться в квадратных метрах на килограмм, 051= 100 а. Термин поглощаемость не следует смешивать с показателем поглощения или коэффициентом экстинкции. [c.38]
Параметры распределения. удельного коэффициента поглощения разли шых многокомпонентных систем по дасшам волн [c.25]
Аналитическая химия. Т.1 (2001) — [
c.526
]
Современная аналитическая химия (1977) — [
c.129
,
c.131
]