Punktkilde - Point source

En punktkilde er en enkelt identificerbar lokaliseret kilde til noget. En punktkilde har ubetydelig udstrækning og adskiller den fra andre kildegeometrier. Kilder kaldes punktkilder, fordi disse kilder i matematisk modellering normalt kan tilnærmes som et matematisk punkt for at forenkle analysen.

Den aktuelle kilde behøver ikke være fysisk lille, hvis dens størrelse er ubetydelig i forhold til andre længdeskalaer i problemet. For eksempel i astronomi behandles stjerner rutinemæssigt som punktkilder, selvom de i virkeligheden er meget større end Jorden .

I tre dimensioner falder tætheden af ​​noget, der efterlader en punktkilde, i forhold til det inverse kvadrat for afstanden fra kilden, hvis fordelingen er isotrop , og der ikke er nogen absorption eller andet tab.

Matematik

I matematik er en punktkilde en singularitet, hvorfra strømmen eller strømmen stammer. Selvom singulariteter som denne ikke findes i det observerbare univers, bruges matematiske punktkilder ofte som tilnærmelser til virkeligheden inden for fysik og andre områder.

Synlig elektromagnetisk stråling (lys)

Generelt kan en lyskilde betragtes som en punktkilde, hvis billedinstrumentets opløsning er for lav til at løse kildens tilsyneladende størrelse. Der er to typer og lyskilder: en punktkilde og en udvidet kilde.

Matematisk et objekt kan betragtes som en punktkilde, hvis dens kantet størrelse , er meget mindre end opløsningsevne af teleskopet: , hvor er bølgelængden af lys og er teleskopet diameter. ${\ displaystyle \ theta}$
${\ displaystyle \ theta << \ lambda / D}$
${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle D}$

Eksempler:

• Lys fra en fjern stjerne set gennem et lille teleskop
• Lys, der passerer gennem et hul eller anden lille blænde , set fra en afstand, der er meget større end hullets størrelse
• Lys fra en gade lys i en storstilet undersøgelse af lysforurening eller gade belysning

Anden elektromagnetisk stråling

Radio wave kilder, der er mindre end en radio bølgelængde er også generelt behandles som punktkilder. Radioemissioner genereret af et fast elektrisk kredsløb er normalt polariserede og producerer anisotrop stråling. Hvis formeringsmediet er tabsløst, vil strålingseffekten i radiobølgerne ved en given afstand dog stadig variere som afstandens inverse firkant, hvis vinklen forbliver konstant i forhold til kildepolarisationen.

Gamma- og røntgenkilder kan behandles som en punktkilde, hvis de er tilstrækkelig små. Radiologisk forurening og nukleare kilder er ofte punktkilder. Dette har betydning i sundhedsfysik og strålingsbeskyttelse .

Eksempler:

• Radioantenner er ofte mindre end en bølgelængde, selvom de er mange meter på tværs
• Pulsarer behandles som punktkilder, når de observeres ved hjælp af radioteleskoper
• I kernefysik er et "hot spot" en punktkilde for stråling

Lyd

Lyd er en oscillerende tryk bølge. Når trykket svinger op og ned, fungerer en lydpunktskilde igen som en væskepunktskilde og derefter en væskepunktsink. (Et sådant objekt eksisterer ikke fysisk, men er ofte en god forenklet model til beregninger.)

Eksempler:

• Seismisk vibration fra et lokaliseret seismisk eksperiment, der søger efter olie
• Støjforurening fra en jetmotor i en omfattende undersøgelse af støjforurening
• En højttaler kan betragtes som en punktkilde i en undersøgelse af akustikken i lufthavnens annonceringer

En koaksial højttaler er designet til at fungere som en punktkilde for at give et bredere felt til lytning.

Ioniserende stråling

Geiger-Müller-tæller med dobbelt optælling / dosishastighedsvisning, der måler en "punktkilde".

Punktkilder bruges som et middel til kalibrering af ioniserende strålingsinstrumenter. De er normalt en forseglet kapsel og bruges mest til gamma-, røntgen- og beta-måleinstrumenter.

Varme

En svampesky som et eksempel på en termisk sky. En nuklear eksplosion kan behandles som en termisk punktkilde i store atmosfæriske simuleringer.

I vakuum undgår varme som stråling isotropisk. Hvis kilden forbliver stationær i en komprimerbar væske såsom luft , kan der dannes strømningsmønstre omkring kilden på grund af konvektion , hvilket fører til et anisotropisk mønster af varmetab. Den mest almindelige form for anisotropi er dannelsen af ​​en termisk sky over varmekilden. Eksempler:

• Geologiske hotspots på jordens overflade, der ligger på toppen af ​​termiske plumer, der stiger dybt inde i jorden
• Plumer af varme undersøgt i sporing af termisk forurening .

Væske

Væskepunktskilder bruges almindeligvis i væskedynamik og aerodynamik . En punktkilde til væske er det omvendte af en væskepunktsink (et punkt hvor væske fjernes). Mens væskevaske udviser kompleks hurtigt skiftende opførsel, som det ses i hvirvler (for eksempel vand, der løber ind i et hul eller tornadoer, der genereres på steder, hvor luft stiger), frembringer væskekilder generelt enkle strømningsmønstre, hvor stationære isotropiske punktkilder genererer en ekspanderende sfære af ny væske. Hvis væsken bevæger sig (f.eks. Vind i luften eller strømme i vand), genereres en sky fra punktkilden.

Eksempler:

• Luftforurening fra et røggasstak i et kraftværk i en stor skala analyse af luftforurening
• Vandforurening fra et olieraffinaderis spildevandsudløb i en stor skala analyse af vandforurening
• Gas, der slipper ud fra et trykrør i et laboratorium
• Røg frigøres ofte fra punktkilder i en vindtunnel for at skabe en røgfane, der fremhæver vindens strøm over en genstand
• Røg fra en lokaliseret kemisk brand kan blæses i vinden til dannelse af en røgfane af forurening

Forurening

Kilder til forskellige typer forurening betragtes ofte som punktkilder i store undersøgelser af forurening.

Se også

• Linjekilde
• Dirac delta funktion

Referencer