Wärmebildkamera als neues Werk(spiel)zeug

using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;
using System.IO;
using System.Globalization;


namespace CO2
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        double[] absorption = new double[500000];     // Index = 0.01 * (Wellenzahl in cm^-1) 
        double[] blackbody = new double[500000]; 


        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }
                
        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Graphics g = Graphics.FromHwnd(panel1.Handle);
            SolidBrush redBrush = new SolidBrush(Color.Red);            
            SolidBrush greenBrush = new SolidBrush(Color.LightGreen);
            SolidBrush blueBrush = new SolidBrush(Color.Blue);
            SolidBrush yellowBrush = new SolidBrush(Color.Yellow);            
            SolidBrush blackBrush = new SolidBrush(Color.Black);            
            CultureInfo invC = CultureInfo.InvariantCulture;
            
            for (int j = 0; j < 500000; j++)    // Das Array wird mit einer sehr kleinen Absorption gefüllt
            {                                   //  damit sichergestellt ist dass nicht Null drin steht
                absorption[j] = 1e-14;
            }
            
            double weglaenge = 8.5 * 1.5;   // Weglänge in Kilometer  
                                            // Unter der vereinfachten Annahme, dass die Atmosphäre einen
                                            //  konstanten Druck von 1 atm hat, wäre die Weglänge 8.5 km. 
                                            // Da die Abstrahlung vom Erdboden aber nicht nur senkrecht nach oben erfolgt,
                                            // sondern auch in andere Richtungen, wird mit dem Faktor multipliziert. 
            
            for (int i = 300; i <= 4900; i += 100)
            {     
                // 47 Dateien einlesen, jede enthält ein Absorptionsspektrum mit 100 cm^-1 Bandbreite
                // Die Dateinamen sind wie folgt aufgebaut:
                // CO2,x=.0003,T=300K,P=1atm,L=100000cm,300_400.csv 
                // CO2,x=.0003,T=300K,P=1atm,L=100000cm,400_500.csv 
                // ...
                // CO2,x=.0003,T=300K,P=1atm,L=100000cm,4900_5000.csv 
                //
                // Quelle: http://www.spectraplot.com/absorption
                // Als Weglänge wird 100000 cm eingegeben
                // Die Bandbreite sollte 100 cm^-1 sein
                // Die runtergeladenen CSV Dateien müssen alle umbenannt werden, damit die Frequenzen im Dateinamen enthalten sind
            
                string[] lines = File.ReadAllLines("CO2,x=.0003,T=300K,P=1atm,L=100000cm," +              // Datei in Zeilen zerlegen
                                                    i.ToString() + "_" + (i + 100).ToString() + ".csv");
                for (int j = 0; j < 10000; j++)    // Jede Datei enthält ein Spektrum mit 10000 Punkten 
                {
                    string[] entry = lines[j + 1].Split(',');       // Eine Zeile in Spalten zerlegen
                    double a = weglaenge * System.Convert.ToDouble(entry[1], invC);
                    if (a == 0) a = 1e-14;   // Einträge die Null sind müssen korrigiert werden.
                                             //  Das betrifft immer den ersten Eintrag in jeder Datei, wegen eines
                                             //  Fehlers bei der Erzeugung der CSV Dateien.
                    absorption[100 * i + j] = a;
                }
            }   


            // Emissionsspektrum des schwarzen Körpers berechnen
            double h = 6.626e-34;   // Plancksches Wirkungsquantum
            double k = 1.38e-23;    // Boltzmann-Konstante
            double temp = 288;      // Temperatur in Kelvin
            double summe = 0;
            double maximum = 0;
            for (int i = 100; i < 500000; i++)
            {
                double wellenzahl = i / 100;          // Wellenzahl in cm^-1
                double frequenz = wellenzahl * 3e10;  // Frequenz in Hz
                blackbody[i] = frequenz * frequenz * frequenz / (Math.Exp(h * frequenz / k / temp) - 1.0);
                summe += blackbody[i];
                if (blackbody[i] > maximum) maximum = blackbody[i];
            }
            for (int i = 100; i < 500000; i++)
            {
                blackbody[i] /= maximum;     // auf Maximum = 1 normieren
            }    
            
            int x, y;           
            double summe_p1 = 0;
            double summe_p2 = 0;
            double summe_p3 = 0;


            int start = 50000;
            int stop = 100000;
            for (int i = start; i < stop; i++)
            {
                x = (i - start) * panel1.Width / (stop - start);
                // y = panel1.Height / 2 - (int)(5 * Math.Log(absorption[i]));
                // g.FillRectangle(blueBrush, x, y, 1, 1);


                y = (int) (panel1.Height * ( 1 - blackbody[i]));                
                g.FillRectangle(greenBrush, x, y, 1, 1);


                double p2 = blackbody[i] * (1 - Math.Exp(-2 * absorption[i]));   // Leistung, die bei dieser Frequenz absorbiert wird, bei 2 * x_CO2
                summe_p2 += p2;
                y = (int)(panel1.Height * (0.9999 - p2));
                if (y < 0) y = 0;
                g.FillRectangle(yellowBrush, x, y, 1, 1);


                double p1 = blackbody[i] * (1 - Math.Exp(-absorption[i]));   // Leistung, die bei dieser Frequenz absorbiert wird, bei 1 * x_CO2
                summe_p1 += p1;
                y = (int)(panel1.Height * (0.9999 - p1));
                if (y < 0) y = 0;
                g.FillRectangle(redBrush, x, y, 1, 1);


                double p3 = p2 - p1;  // Leistung, die zusätzlich absorbiert wird
                summe_p3 += p3;
                y = (int)(panel1.Height * (0.9999 - p3));
                if (y < 0) y = 0;
                g.FillRectangle(blackBrush, x, y, 1, 1);
            }


            richTextBox1.AppendText("Start-Frequenz: " + ((double)start / 100).ToString("F3") + "cm^-1   ");
            richTextBox1.AppendText("Stop-Frequenz: " + ((double)stop / 100).ToString("F3") + "cm^-1   ");
            richTextBox1.AppendText("Start-Wellenlänge: " + (1e6 / (double)start).ToString("F3") + "µm   ");
            richTextBox1.AppendText("Stop-Wellenlänge: " + (1e6 / (double)stop).ToString("F3") + "µm \n");
            richTextBox1.AppendText("Grün:    Erdboden als schwarzer Strahler mit der Temperatur " + temp.ToString("F3") + " K \n");
            richTextBox1.AppendText("Rot:     Absorbierte Energie bei 0.03% CO2:  " + summe_p1.ToString("F3") + "\n");
            richTextBox1.AppendText("Gelb:    Absorbierte Energie bei 0.06%_CO2:  " + summe_p2.ToString("F3") + "\n");
            richTextBox1.AppendText("Schwarz: Zusätzlich absorbierte Energie bei 0.06% CO2:  " + summe_p3.ToString("F3") + "\n");
        }


    }
}