Открыть главное меню

Поверхностная плотность

Поверхностная плотность (англ. Areal density, surface density) — для двумерного объекта величина массы, приходящейся на единичную площадь. В СИ единицей измерения поверхностной плотности является килограмм, делённый на квадратный метр (кг·м−2). В текстильной и бумажной промышленности существует понятие грамматура, выражаемое в граммах на квадратный метр; в частности, для бумаги поверхностную плотность можно выражать в виде массы пачки бумаги стандартного размера.

ФормулыПравить

Поверхностную плотность можно вычислить как

 

или

 

где,

ρA = средняя поверхностная плотность,
m = полная масса объекта,
A = полная площадь объекта,
ρ = средняя плотность,
l = средняя толщина объекта.

Столбцовая плотностьПравить

Особый тип поверхностной плотности носит название столбцовой плотности или колонковой плотности и обозначается как ρA или σ. Эта величина показывает массу вещества, приходящуюся на единицу площади и проинтегрированную вдоль луча зрения.[1] Столбцовую плотность можно получить путём интегрирования объёмной плотности   внутри стобца среды:[2]

 

В общем случае траектория интегрирования может быть наклонной или косой (как, например, в случае распространения света в атмосфере). Частным случаем является вертикальная траектория, от нижней до верхней границы среды:

 

здесь   обозначает вертикальную координату (например, высоту или глубину).

Столбцовая плотность   тесно связана с усреднённой в вертикальном направлении объёмной плотностью   как

 

где  ; заметим, что  ,   и   обладают единицами измерения, например, грамм на кубический метр, грамм на квадратный метр и метр, соответственно.

Концентрация в столбцеПравить

Концентрация в столбце показывает количество вещества, а не его массу, приходящееся на единицу площади и просуммированное вдоль луча зрения:

 

ПрименениеПравить

Физика атмосферыПравить

Поверхностную плотность получают, например, при дистанционном зондировании спектрометром TOMS, с помощью которого получают данные о содержании озона в атмосфере. Данные о столбцовой плотности также получаются в методе дифференциальной оптической спектроскопии поглощения[3] и при использовании микроволновых радиометров.[4][5]

Похожим понятием является оптическая толщина.

АстрономияПравить

В астрономии колонковая плотность обычно применяется для характеризации количества атомов или молекул, приходящихся на квадратный сантиметр (см2) вдоль луча зрения в заданном направлении, что можно получить при наблюдениях, например, в линии нейтрального водорода (21 см) или при наблюдениях определённых молекул. Также со столбцовой плотностью нейтрального или молекулярного водорода может быть связано межзвёздное поглощение[6].

Понятие поверхностной плотности может быть полезным при исследовании аккреционных дисков. При наблюдении аккреционного диска плашмя поверхностная плотность в данной части диска определяется как столбцовая плотность: как масса вещества, приходящаяся на единицу поверхности и просуммированная вдоль луча зрения от одной границы среды до другой:

 

где   обозначает вертикальную координату (например, глубину или толщину). Аналогично можно рассматривать количество вещества вдоль луча зрения:

 

Устройства хранения данныхПравить

Понятие поверхностной плотности можно использовать для количественной оценки и сравнения таких устройств для записи информации, как жёсткие диски, оптические диски, стримеры. Единицей измерения являются гигабиты с квадратного дюйма.[7]

БумагаПравить

Поверхностная плотность часто применяется для описания толщины бумаги. Например, широко распространена бумага с плотностью 80 г/м2. Вес бумаги обычно указывают в виде массы для единицы площади, в граммах на квадратный метр. Это масса эталонного листа бумаги площадью 1 квадратный метр. Чтобы не возникало путаницы с плотностью, следует писать, например, 80 г(м2).

ТканьПравить

Вес ткани часто указывают в виде массы для единицы площади, в граммах на квадратный метр или унциях на квадратный ярд. Один грамм на квадратный метр соответствует 0,0295 унции на квадратный ярд.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Environmental Physics. — 2nd. — Wiley, 2000.
  2. Visconti, Guido. Fundamentals of physics and chemistry of the atmosphere. — Berlin : Springer, 2001. — P. 470. — ISBN 978-3-540-67420-7.
  3. Retrieval of Aerosol Distributions by Multi-Axis Differential Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS), С. 1145–1149.
  4. Improved retrieval of total water vapor over polar regions from AMSU-B microwave radiometer data, С. 2307–2322.
  5. Retrieval of Sea Ice Emissivity and Integrated Retrieval of Surface and Atmospheric Parameters over the Arctic from AMSR-E data, С. 236–241.
  6. Column Density | COSMOS
  7. Areal Density. Webopedia. Дата обращения 9 апреля 2014.