Transmission (Physik)

Grundprinzip der Transmission

Die Transmission ist in der Physik eine Größe für die Durchlässigkeit eines Mediums gegenüber Wellen, beispielsweise Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen wie Licht.

Trifft eine Welle aus einem Medium A, etwa Luft, auf ein Medium B mit endlicher Dicke, etwa eine Wand oder Linse, geschehen drei Dinge: Ein Teil der Welle wird an den Grenzflächen reflektiert, ein weiterer Teil wird beim Durchqueren des Mediums absorbiert, und der verbleibende Teil wird transmittiert. Dieser Anteil durchdringt das Medium B und tritt auf dessen gegenüberliegender Seite wieder aus.

Die austretende Strahlung wird nur dann allein durch die eintretende Strahlung bestimmt, wenn das Hindernis nicht selbst strahlt. Da jedes Hindernis entsprechend seiner Temperatur Temperaturstrahlung aussendet, muss die austretende Strahlung genau genommen mithilfe der Strahlungstransportgleichung berechnet werden.

Definition und Leistungsbilanz

Der Transmissionsgrad τ oder T ist eine Materialeigenschaft und gibt an, welcher Anteil der einfallenden Intensität ein Hindernis durchdringt. Er ist definiert als Quotient aus der Intensität I hinter dem Hindernis und der Intensität I₀ davor:

T = τ = I/I₀.

Der Transmissionsgrad liegt zwischen 0 und 1 beziehungsweise zwischen 0 % und 100 %. Er darf nicht mit dem Transmissionsfaktor oder Transmissionskoeffizienten verwechselt werden: Dieser bezieht sich wie der Reflexionskoeffizient auf die Amplitude einer Welle, nicht auf ihre Intensität.

Der Transmissionsgrad hängt unter anderem von der Dicke des Mediums, vom Einfallswinkel sowie von der Wellenlänge λ und damit von der Frequenz f ab. Beim Licht entspricht diese Abhängigkeit auch einer Abhängigkeit von der Farbe. Deshalb schreibt man τ = τ(λ) oder τ = τ(f). Ein Beispiel ist ein 1 cm dicker Rubin: Sein Transmissionsgrad verändert sich im optischen Bereich mit der Wellenlänge; bei 694 nm liegt ein schmales Absorptionsband, das der Wellenlänge des Rubinlasers entspricht.

Der Reflexionsgrad ρ misst die reflektierte Intensität, der Dissipationsgrad δ die dissipierte, also umgewandelte Intensität. Für die gesamte Leistung gilt:

ρ + δ + τ = 1, τ = 1 − (ρ + δ).

Schallübertragung und Schalldämmung

In der Akustik beschreibt der Transmissionsgrad, wie gut ein Bauteil oder ein Übergang zwischen zwei schallführenden Bauteilen beziehungsweise Medien Schall weiterleitet. Als Gegenstück wird häufig das Schalldämmmaß R in Dezibel angegeben:

R = 10 lg(I₀/I) dB = 10 lg(1/τ) dB = −10 lg(τ) dB.

Ein kleiner Transmissionsgrad führt somit zu einem größeren Schalldämmmaß.

Für die Raumakustik ist entscheidend, wie viel Schallenergie aus einem Raum verschwindet. Dabei spielt es keine Rolle, ob sie durch Dissipation in thermische Energie umgewandelt oder durch Transmission ins Freie beziehungsweise in einen Nachbarraum weitergeleitet wird. Deshalb wird der Transmissionsgrad hier als Teil des Absorptionsgrads α behandelt. Der Absorptionsgrad ist das Maß für die aus dem Raum entfernte Intensität:

α = δ + τ, τ = α − δ.

Für den Schall ergibt sich damit die Leistungsbilanz:

ρ + α = 1.

Lichtdurchlässigkeit und optische Maße

In der Optik bezeichnet der Transmissionsgrad den Anteil des einfallenden Strahlungsflusses oder Lichtstroms, der ein transparentes Bauteil vollständig durchdringt.

Bei elektromagnetischer Strahlung interessiert häufig die gesamte Emission ρ + τ eines Körpers und weniger deren Richtung. Der Absorptionsgrad α ist dann das Maß für die verlorengegangene Intensität und entspricht dem Dissipationsgrad:

α = δ.

Absorption und Transmission werden in der Optik daher meist getrennt behandelt. Es gilt:

ρ + α + τ = 1, τ = 1 − (ρ + α).

Weitere Größen zur Beschreibung der Transmission sind die Opazität, also der Kehrwert des Transmissionsgrads, und die Extinktion als logarithmische Formulierung der Opazität. Anwendungen sind die Bewertung der Durchlassgüte eines Glases sowie optische Messverfahren zur Bestimmung von Staub- oder Gaskonzentrationen, beispielsweise mit einem Transmissometer oder Fotometer.