Napromieniowanie - Irradiance
W radiometrii , natężenie oświetlenia jest strumień promieniowania ( moc ), otrzymane przez powierzchnię na jednostkę powierzchni. SI modułu natężenia oświetlenia jest wat na metr kwadratowy (W⋅m -2 ). Jednostka CGS erg na centymetr kwadratowy na sekundę (erg⋅cm -2 ⋅s -1 ) jest często używana w astronomii . Napromieniowanie jest często nazywane intensywnością , ale tego terminu unika się w radiometrii , gdzie takie użycie prowadzi do pomylenia z intensywnością promieniowania . W astrofizyce irradiancja nazywana jest strumieniem promieniowania .
Napromieniowanie widmowe to natężenie napromienienia powierzchni na jednostkę częstotliwości lub długości fali , w zależności od tego, czy widmo jest traktowane jako funkcja częstotliwości czy długości fali. Obie te formy mają różne wymiary : widmowy natężenia promieniowania w widmie częstotliwości, mierzona jest w watach na metr kwadratowy na Hertz (W⋅m -2 ⋅Hz -1 ), a widmowy natężenia promieniowania spektrum długości fali mierzy się w watach na metr kwadratowy na metr (W⋅m -3 ) lub częściej waty na metr kwadratowy na nanometr (W⋅m -2 ⋅nm -1 ).
Definicje matematyczne
Napromieniowanie
Napromieniowanie powierzchni, oznaczane jako E e („e” dla „energetycznego”, aby uniknąć pomyłek z wielkościami fotometrycznymi ), definiuje się jako
gdzie
- ∂ jest symbolem pochodnej cząstkowej ;
- Φ e jest otrzymanym strumieniem promieniowania;
- A to obszar.
Jeśli chcemy mówić o strumieniu promieniowania emitowanym przez powierzchnię, mówimy o ekscytacji promienistej .
Napromieniowanie spektralne
Napromieniowanie widmowe o częstotliwości powierzchni, oznaczone E e,ν , określa się jako
gdzie ν jest częstotliwością.
Napromieniowanie widmowe w długości fali powierzchni, oznaczone E e,λ , określa się jako
gdzie λ to długość fali.
własność
Napromieniowanie powierzchni jest również, zgodnie z definicją strumienia promieniowania , równe średniej w czasie składowej wektora Poyntinga prostopadłej do powierzchni:
gdzie
- ⟨ • ⟩ to średnia czasu;
- S jest wektorem Poyntinga;
- α jest kątem między wektorem jednostkowym normalnym do powierzchni a S .
W przypadku propagującej się sinusoidalnej, liniowo spolaryzowanej fali elektromagnetycznej płaskiej wektor Poyntinga zawsze wskazuje kierunek propagacji podczas oscylowania wielkości. Napromieniowanie powierzchni jest następnie podane przez
gdzie
- E m jest amplitudą pola elektrycznego fali;
- n jest współczynnikiem załamania ośrodka propagacji;
- c jest prędkością światła w próżni ;
- μ 0 to przepuszczalność próżni ;
- ε 0 to przenikalność próżniowa .
Wzór ten zakłada, że podatność magnetyczna jest pomijalna, tj. μ r ≈ 1 gdzie μ r jest przenikalnością magnetyczną ośrodka propagacji. Założenie to jest zwykle prawdziwe w przypadku mediów przezroczystych w zakresie częstotliwości optycznych .
Punkt żródłowy
Punktowe źródło światła wytwarza kuliste frontów falowych. Napromieniowanie w tym przypadku zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości od źródła.
gdzie
- r jest odległością;
- P jest mocą promieniowania;
- A jest polem powierzchni kuli o promieniu r .
W przypadku szybkich przybliżeń równanie to wskazuje, że podwojenie odległości zmniejsza napromieniowanie do jednej czwartej; lub podobnie dla podwójnego napromieniowania, zmniejsz odległość do 0,7. Gdy nie jest to źródło punktowe, w przypadku rzeczywistych źródeł światła profil natężenia promieniowania można uzyskać przez splot obrazu obrazu źródła światła.
Energia słoneczna
Napromieniowanie globalne na poziomej powierzchni Ziemi składa się z napromieniowania bezpośredniego E e,dir i napromieniowania rozproszonego E e,diff . Na pochylonej płaszczyźnie istnieje inny składnik natężenia promieniowania, E e,refl , który jest składnikiem odbijanym od podłoża. Średnie odbicie od gruntu wynosi około 20% globalnego irradiancji. Stąd irradiancja E e na pochylonej płaszczyźnie składa się z trzech składowych:
Całka natężenia napromienienia słonecznego przez okres czasu nazywany jest „ ekspozycja słoneczna ” lub „ nasłonecznienie ”.
Jednostki radiometryczne SI
Ilość | Jednostka | Wymiar | Uwagi | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Nazwa | Symbol | Nazwa | Symbol | Symbol | ||||
Energia promienista | Q e | dżul | jot | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Energia promieniowania elektromagnetycznego. | |||
Gęstość energii promieniowania | W e | dżul na metr sześcienny | J / m 3 | M ⋅ L -1 ⋅ T -2 | Energia promieniowania na jednostkę objętości. | |||
Promieniujący strumień | Φ e | wat | W = J/s | M ⋅ L 2 ⋅ T -3 | Energia promieniowania emitowana, odbijana, przesyłana lub odbierana w jednostce czasu. Czasami nazywa się to również „mocą promieniowania”. | |||
Strumień spektralny | Φ E, ν | wat na herc | W/ Hz | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Strumień promieniowania na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Ten ostatni jest powszechnie mierzony w W⋅nm -1 . | |||
Φe ,λ | wat na metr | W/m | M ⋅ L ⋅ T -3 | |||||
Intensywność promieniowania | ja e, Ω | wat na steradian | W/ sr | M ⋅ L 2 ⋅ T -3 | Strumień promieniowania emitowany, odbijany, przesyłany lub odbierany, na jednostkę kąta bryłowego. To jest ilość kierunkowa . | |||
Intensywność widmowa | ja e,Ω,ν | wat na steradian na herc | W⋅sr -1 ⋅Hz -1 | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Intensywność promieniowania na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Ten ostatni jest powszechnie mierzony w W⋅sr −1 ⋅nm −1 . To jest ilość kierunkowa . | |||
ja e,Ω,λ | wat na steradian na metr | W⋅sr -1 ⋅m -1 | M ⋅ L ⋅ T -3 | |||||
Blask | le ,Ω | wat na steradian na metr kwadratowy | W⋅sr -1 ⋅m -2 | M ⋅ T -3 | Strumień promieniowania emitowany, odbijany, przesyłany lub odbierany przez powierzchnię , na jednostkę kąta bryłowego na jednostkę rzutowanego obszaru. To jest ilość kierunkowa . Czasami jest to również myląco nazywane „intensywnością”. | |||
Blask widmowy | L e,Ω,ν | wat na steradian na metr kwadratowy na herc | W⋅sr -1 ⋅m -2 ⋅Hz -1 | M ⋅ T -2 | Promieniowanie powierzchni na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Ten ostatni jest powszechnie mierzony w W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅nm −1 . To jest ilość kierunkowa . Czasami jest to również myląco nazywane „natężeniem widmowym”. | |||
Le ,Ω,λ | wat na steradian na metr kwadratowy, na metr | W⋅sr -1 ⋅m -3 | M ⋅ L -1 ⋅ T -3 | |||||
Gęstość strumienia promieniowania |
E e | wat na metr kwadratowy | W / m 2 | M ⋅ T -3 | Strumień promieniowania otrzymywany przez powierzchnię na jednostkę powierzchni. Czasami jest to również myląco nazywane „intensywnością”. | |||
Napromieniowanie widmowe Gęstość strumienia widmowego |
E e, ν | wat na metr kwadratowy na herc | W⋅m -2 ⋅Hz -1 | M ⋅ T -2 | Napromieniowanie powierzchni na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Czasami jest to również myląco nazywane „natężeniem widmowym”. Jednostki gęstości strumienia widmowego inne niż SI obejmują jansky'ego (1 Jy = 10 −26 W⋅m −2 ⋅Hz −1 ) i jednostkę strumienia słonecznego (1 sfu = 10 −22 W⋅m −2 ⋅Hz −1 = 10 4 Jy). | |||
E e, λ | wat na metr kwadratowy, na metr | W / m 3 | M ⋅ L -1 ⋅ T -3 | |||||
Radiosity | J e | wat na metr kwadratowy | W / m 2 | M ⋅ T -3 | Strumień promieniowania opuszczający (emitowany, odbijany i przepuszczany) powierzchnię na jednostkę powierzchni. Czasami jest to również myląco nazywane „intensywnością”. | |||
Radiosyjność spektralna | J e, ν | wat na metr kwadratowy na herc | W⋅m -2 ⋅Hz -1 | M ⋅ T -2 | Radiosity powierzchni na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Ten ostatni jest powszechnie mierzony w W⋅m −2 2nm −1 . Czasami jest to również myląco nazywane „natężeniem widmowym”. | |||
Je ,λ | wat na metr kwadratowy, na metr | W / m 3 | M ⋅ L -1 ⋅ T -3 | |||||
Promienna ekscytacja | M e | wat na metr kwadratowy | W / m 2 | M ⋅ T -3 | Strumień promieniowania emitowany przez powierzchnię na jednostkę powierzchni. To jest emitowany składnik radiosity. „Emitancja promieniowania” to stare określenie tej wielkości. Czasami jest to również myląco nazywane „intensywnością”. | |||
Emisja widmowa | M e, ν | wat na metr kwadratowy na herc | W⋅m -2 ⋅Hz -1 | M ⋅ T -2 | Emisja promieniowania powierzchni na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Ten ostatni jest powszechnie mierzony w W⋅m −2 2nm −1 . „Emitancja widmowa” to stare określenie tej wielkości. Czasami jest to również myląco nazywane „natężeniem widmowym”. | |||
Me ,λ | wat na metr kwadratowy, na metr | W / m 3 | M ⋅ L -1 ⋅ T -3 | |||||
Ekspozycja na promieniowanie | H e | dżul na metr kwadratowy | J/m 2 | M ⋅ T -2 | Energia promieniowania otrzymywana przez powierzchnię na jednostkę powierzchni lub równoważne napromieniowanie powierzchni zintegrowane w czasie napromieniania. Jest to czasami nazywane „promienistą fluencją”. | |||
Ekspozycja spektralna | H E ν | dżul na metr kwadratowy na herc | J⋅m -2 ⋅Hz -1 | M ⋅ T -1 | Promieniowanie powierzchni na jednostkę częstotliwości lub długości fali. Ten ostatni jest powszechnie mierzony w J⋅m −2 ⋅nm −1 . Jest to czasami nazywane „fluencją widmową”. | |||
He , λ | dżul na metr kwadratowy, na metr | J / m 3 | M ⋅ L -1 ⋅ T -2 | |||||
Emisyjność półkulista | ε | Nie dotyczy | 1 | Emisja promieniowania powierzchni , podzielona przez emanację ciała doskonale czarnego o tej samej temperaturze co ta powierzchnia. | ||||
Emisyjność widmowa hemisferyczna |
ε ν lub ε λ |
Nie dotyczy | 1 | Emisja spektralna powierzchni podzielona przez ciało doskonale czarne o tej samej temperaturze co ta powierzchnia. | ||||
Emisyjność kierunkowa | ε Ohm | Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie emitowane przez powierzchnię podzielone przez promieniowanie emitowane przez ciało doskonale czarne o tej samej temperaturze co ta powierzchnia. | ||||
Emisyjność kierunkowa spektralna |
ε Ω,ν lub ε Ω,λ |
Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie widmowe emitowane przez powierzchnię , podzielone przez promieniowanie ciała doskonale czarnego o tej samej temperaturze co ta powierzchnia. | ||||
Absorpcja półkulista | ZA | Nie dotyczy | 1 | Strumień promieniowania pochłaniany przez powierzchnię , podzielony przez strumień otrzymywany przez tę powierzchnię. Nie należy tego mylić z „ absorbancją ”. | ||||
Widmowa absorpcja hemisferyczna |
Ν lub λ |
Nie dotyczy | 1 | Strumień widmowy pochłonięty przez powierzchnię , podzielony przez strumień odbierany przez tę powierzchnię. Nie należy tego mylić z „ absorbancją widmową ”. | ||||
Absorpcja kierunkowa | Ω | Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie pochłonięte przez powierzchnię , podzielone przez promieniowanie padające na tę powierzchnię. Nie należy tego mylić z „ absorbancją ”. | ||||
Absorpcja kierunkowa spektralna |
A Ω,ν lub A Ω,λ |
Nie dotyczy | 1 | Radiancja widmowa pochłonięta przez powierzchnię podzielona przez luminancję widmową padającą na tę powierzchnię. Nie należy tego mylić z „ absorbancją widmową ”. | ||||
Odbicie półkuliste | R | Nie dotyczy | 1 | Strumień promieniowania odbity od powierzchni , podzielony przez strumień otrzymywany przez tę powierzchnię. | ||||
Odbicie widmowe półkuliste |
R ν lub R λ |
Nie dotyczy | 1 | Strumień widmowy odbity od powierzchni , podzielony przez strumień otrzymywany przez tę powierzchnię. | ||||
Odbicie kierunkowe | R Ω | Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie odbite od powierzchni podzielone przez promieniowanie otrzymane przez tę powierzchnię. | ||||
Odbicie kierunkowe widma |
R Ω,ν lub R Ω,λ |
Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie widmowe odbite od powierzchni podzielone przez promieniowanie odbierane przez tę powierzchnię. | ||||
Przepuszczalność półkulista | T | Nie dotyczy | 1 | Strumień promieniowania przekazywany przez powierzchnię , podzielony przez strumień otrzymywany przez tę powierzchnię. | ||||
Widmowa transmitancja hemisferyczna |
T ν lub T λ |
Nie dotyczy | 1 | Strumień widmowy przekazywany przez powierzchnię , podzielony przez strumień otrzymywany przez tę powierzchnię. | ||||
Przepuszczalność kierunkowa | T Ω | Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie przekazywane przez powierzchnię podzielone przez promieniowanie odbierane przez tę powierzchnię. | ||||
Przepuszczalność kierunkowa widmowa |
T Ω,ν lub T Ω,λ |
Nie dotyczy | 1 | Promieniowanie widmowe przekazywane przez powierzchnię podzielone przez promieniowanie odbierane przez tę powierzchnię. | ||||
Półkulisty współczynnik tłumienia | μ | licznik odwrotny | m- 1 | L- 1 − | Strumień promieniowania pochłonięty i rozproszony przez objętość na jednostkę długości, podzielony przez strumień otrzymany przez tę objętość. | |||
Widmowy hemisferyczny współczynnik tłumienia |
μ ν lub μ λ |
licznik odwrotny | m- 1 | L- 1 − | Widmowy strumień promieniowania pochłonięty i rozproszony przez objętość na jednostkę długości, podzielony przez strumień otrzymany przez tę objętość. | |||
Współczynnik tłumienia kierunkowego | ľ Ohm | licznik odwrotny | m- 1 | L- 1 − | Promieniowanie pochłonięte i rozproszone przez objętość na jednostkę długości podzielone przez tę otrzymaną przez tę objętość. | |||
Spektralny współczynnik tłumienia kierunkowego |
μ Ω,ν lub μ Ω,λ |
licznik odwrotny | m- 1 | L- 1 − | Radiancja widmowa pochłonięta i rozproszona przez objętość na jednostkę długości podzielona przez tę otrzymaną przez tę objętość. | |||
Zobacz też: SI · Radiometria · Fotometria |