Záře - Radiance
v radiometrie, záře je sálavý tok emitované, odražené, vysílané nebo přijímané daným povrchem na jednotku plný úhel na jednotku projektované plochy. Spektrální záření je záře povrchu na jednotku frekvence nebo vlnová délka, podle toho, zda spektrum je bráno jako funkce frekvence nebo vlnové délky. Tyto jsou směrový množství. The Jednotka SI záře je watt za steradský za čtvereční metr (W · sr−1· M−2), zatímco spektrální záření ve frekvenci je watt na steradián na metr čtvereční na hertz (W · sr−1· M−2·Hz−1) a spektrální záření ve vlnové délce je watt na steradián na metr čtvereční na metr (W · sr−1· M−3) - obvykle watt na steradián na metr čtvereční na nanometr (W · sr−1· M−2· Nm−1). The microflick se také používá k měření spektrálního záření v některých polích.[1][2] Záření se používá k charakterizaci rozptýlené emise a odraz z elektromagnetická radiace nebo kvantifikovat emise neutrina a další částice. Historicky se záření nazývá „intenzita“ a spektrální záření se nazývá „specifická intenzita“. Mnoho oborů stále používá tuto nomenklaturu. Obzvláště dominantní je v přenos tepla, astrofyzika a astronomie. „Intenzita“ má v fyzika, s nejběžnější bytostí výkon na jednotku plochy.
Popis
Záření je užitečné, protože udává, kolik energie vyzařované, odražené, vysílané nebo přijímané povrchem přijme optický systém při pohledu na tento povrch ze specifikovaného úhlu pohledu. V tomto případě je prostorový úhel zájmu prostorový úhel, který svírá optický systém vstupní žák. Protože oko je optický systém, záření a jeho bratranec jas jsou dobrým indikátorem toho, jak jasný bude objekt vypadat. Z tohoto důvodu se záření i jas někdy nazývají „jas“. Toto použití se nyní nedoporučuje (viz článek Jas pro diskusi). V některých oblastech přetrvává nestandardní použití „jasu“ pro „zářivost“ laserová fyzika.
Zář děleno indexem lomu na druhou je neměnný v geometrická optika. To znamená, že pro ideální optický systém ve vzduchu je záření na výstupu stejné jako vstupní záření. Někdy se tomu říká zachování radiace. U skutečných pasivních optických systémů je výstupní záření nejvíce rovná se vstupu, pokud se index lomu nezmění. Například, když vytvoříte demagnifikovaný obraz s objektivem, optická síla se koncentruje na menší oblast, takže ozáření je na obrázku vyšší. Světlo v obrazové rovině však vyplňuje větší plný úhel, takže vyzařování je stejné za předpokladu, že nedojde ke ztrátě objektivu.
Spektrální záření vyjadřuje záření jako funkci frekvence nebo vlnové délky. Záření je integrál spektrálního záření na všech frekvencích nebo vlnových délkách. Pro záření vyzařované povrchem ideálu černé tělo při dané teplotě se spektrální záření řídí Planckův zákon, zatímco integrál jeho záření, přes hemisféru, do které vyzařuje jeho povrch, je dán Stefan – Boltzmannův zákon. Jeho povrch je Lambertian, takže jeho záření je jednotné s ohledem na úhel pohledu a je jednoduše Stefan – Boltzmannův integrál dělený π. Tento faktor se získává z pevného úhlu 2π steradiánů polokoule sníženého o integrace přes kosinus úhlu zenitu.
Matematické definice
Záře
Záře a povrch, označeno Le, Ω („e“ pro „energický“, aby nedošlo k záměně s fotometrickými veličinami, a „Ω“ k označení, že se jedná o směrovou veličinu), je definován jako[3]
kde
- ∂ je parciální derivace symbol;
- ΦE je sálavý tok emitované, odražené, vysílané nebo přijímané;
- Ω je plný úhel;
- A cos θ je předpokládané plocha.
Obecně Le, Ω je funkce směru pohledu, v závislosti na θ přes cos θ a azimutový úhel přes ∂ΦE/∂Ω. Pro speciální případ a Lambertian povrch, ∂2ΦE/(∂Ω ∂A) je úměrný cos θ, a Le, Ω je izotropní (nezávislý na směru pohledu).
Při výpočtu záření vyzařovaného zdrojem A označuje oblast na povrchu zdroje a Ω na plný úhel, do kterého je světlo vyzařováno. Při výpočtu záření přijímaného detektorem A označuje oblast na povrchu detektoru a Ω do plného úhlu podřízeného zdrojem při pohledu z tohoto detektoru. Když je zář zachována, jak je diskutováno výše, zář vyzařovaná zdrojem je stejná jako záře přijatá detektorem, který ji pozoruje.
Spektrální záření
Spektrální záření ve frekvenci a povrch, označeno Le, Ω, ν, je definován jako[3]
kde ν je frekvence.
Spektrální záření ve vlnové délce a povrch, označeno Le, Ω, λ, je definován jako[3]
kde λ je vlnová délka.
Zachování základního záření
Sálavost povrchu souvisí étendue podle
kde
- n je index lomu ve kterém je tento povrch ponořen;
- G je tendue světelného paprsku.
Jak světlo prochází ideálním optickým systémem, je zachována jak étendue, tak zářivý tok. Proto, základní záře definován[4]
je také zachována. V reálných systémech může dojít k nárůstu étendue (například v důsledku rozptylu) nebo k poklesu sálavého toku (například v důsledku absorpce), a proto může dojít ke snížení základního záření. Tendence se však nemusí snižovat a zářivý tok se nemusí zvyšovat, a proto se základní záře nemusí zvyšovat.
Radiometrické jednotky SI
| Množství | Jednotka | Dimenze | Poznámky | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| název | Symbol[poznámka 1] | název | Symbol | Symbol | ||||
| Zářivá energie | QE[pozn. 2] | joule | J | M⋅L2⋅T−2 | Energie elektromagnetického záření. | |||
| Hustota sálavé energie | wE | joule na metr krychlový | J / m3 | M⋅L−1⋅T−2 | Sálavá energie na jednotku objemu. | |||
| Sálavý tok | ΦE[pozn. 2] | watt | Ž = J / s | M⋅L2⋅T−3 | Vyzařovaná, odražená, vysílaná nebo přijímaná sálavá energie za jednotku času. Tomu se někdy také říká „zářivý výkon“. | |||
| Spektrální tok | Φe, ν[pozn. 3] | watt na hertz | W /Hz | M⋅L2⋅T−2 | Sálavý tok na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅nm−1. | |||
| Φe, λ[pozn. 4] | watt na metr | W / m | M⋅L⋅T−3 | |||||
| Intenzita záření | Jáe, Ω[pozn. 5] | watt na steradský | W /sr | M⋅L2⋅T−3 | Vyzařovaný, odražený, vysílaný nebo přijímaný tok záření na jednotku plného úhlu. Tohle je směrový Množství. | |||
| Spektrální intenzita | Jáe, Ω, ν[pozn. 3] | watt na steradián za hertz | W⋅sr−1⋅Hz−1 | M⋅L2⋅T−2 | Intenzita záření na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅sr−1Mnm−1. Tohle je směrový Množství. | |||
| Jáe, Ω, λ[pozn. 4] | watt na steradián na metr | W⋅sr−1.M−1 | M⋅L⋅T−3 | |||||
| Záře | Le, Ω[pozn. 5] | watt na steradián na metr čtvereční | W⋅sr−1.M−2 | M⋅T−3 | Sálavý tok vyzařovaný, odrážený, vysílaný nebo přijímaný a povrch, na jednotku plného úhlu na jednotku projektované plochy. Tohle je směrový Množství. Toto se někdy také matoucí nazývá „intenzita“. | |||
| Spektrální záření | Le, Ω, ν[pozn. 3] | watt na steradián na metr čtvereční na hertz | W⋅sr−1.M−2⋅Hz−1 | M⋅T−2 | Zář a povrch na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅sr−1.M−2Mnm−1. Tohle je směrový Množství. Toto se někdy také matoucí nazývá „spektrální intenzita“. | |||
| Le, Ω, λ[pozn. 4] | watt na steradián na metr čtvereční, na metr | W⋅sr−1.M−3 | M⋅L−1⋅T−3 | |||||
| Ozáření Magneticka indukce | EE[pozn. 2] | watt na metr čtvereční | W / m2 | M⋅T−3 | Sálavý tok obdržel podle a povrch na jednotku plochy. Toto se někdy také matoucí nazývá „intenzita“. | |||
| Spektrální ozáření Hustota spektrálního toku | Ee, ν[pozn. 3] | watt na metr čtvereční na hertz | W⋅m−2⋅Hz−1 | M⋅T−2 | Ozáření a povrch na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Toto se někdy také matoucí nazývá „spektrální intenzita“. Mezi ne-SI jednotky spektrální hustoty toku patří jansky (1 Jy = 10−26 W⋅m−2⋅Hz−1) a jednotka solárního toku (1 sfu = 10−22 W⋅m−2⋅Hz−1 = 104 Jy). | |||
| Ee, λ[pozn. 4] | watt na metr čtvereční, na metr | W / m3 | M⋅L−1⋅T−3 | |||||
| Radiosity | JE[pozn. 2] | watt na metr čtvereční | W / m2 | M⋅T−3 | Sálavý tok odcházející (emitované, odražené a přenášené) a povrch na jednotku plochy. Toto se někdy také matoucí nazývá „intenzita“. | |||
| Spektrální radiosita | Je, ν[pozn. 3] | watt na metr čtvereční na hertz | W⋅m−2⋅Hz−1 | M⋅T−2 | Radiosity a povrch na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅m−2Mnm−1. Toto se někdy také matoucí nazývá „spektrální intenzita“. | |||
| Je, λ[pozn. 4] | watt na metr čtvereční, na metr | W / m3 | M⋅L−1⋅T−3 | |||||
| Zářivý východ | ME[pozn. 2] | watt na metr čtvereční | W / m2 | M⋅T−3 | Sálavý tok emitované podle a povrch na jednotku plochy. Toto je emitovaná složka radiosity. „Sálavá emise“ je pro tuto veličinu starý termín. Toto se někdy také matoucí nazývá „intenzita“. | |||
| Spektrální exitance | Me, ν[pozn. 3] | watt na metr čtvereční na hertz | W⋅m−2⋅Hz−1 | M⋅T−2 | Zářivý východ a povrch na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅m−2Mnm−1. „Spektrální emise“ je pro tuto veličinu starý termín. Toto se někdy také matoucí nazývá „spektrální intenzita“. | |||
| Me, λ[pozn. 4] | watt na metr čtvereční, na metr | W / m3 | M⋅L−1⋅T−3 | |||||
| Radiační expozice | HE | joule na metr čtvereční | J / m2 | M⋅T−2 | Sálavá energie přijímaná a povrch na jednotku plochy nebo ekvivalentní ozáření a povrch integrovaný v průběhu doby ozařování. Toto se někdy také nazývá „zářivé záření“. | |||
| Spektrální expozice | He, ν[pozn. 3] | joule na metr čtvereční na hertz | J⋅m−2⋅Hz−1 | M⋅T−1 | Radiační expozice a povrch na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří v J⋅m−2Mnm−1. Toto se někdy také nazývá „spektrální fluence“. | |||
| He, λ[pozn. 4] | joule na metr čtvereční, na metr | J / m3 | M⋅L−1⋅T−2 | |||||
| Polokulovitá emisivita | ε | N / A | 1 | Zářivý východ a povrch, děleno a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch. | ||||
| Spektrální hemisférická emisivita | εν nebo ελ | N / A | 1 | Spektrální exitance a povrch, děleno a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch. | ||||
| Směrová emisivita | εΩ | N / A | 1 | Záře emitované podle a povrch, děleno tím, že vyzařuje a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch. | ||||
| Spektrální směrová emisivita | εΩ, ν nebo εΩ, λ | N / A | 1 | Spektrální záření emitované podle a povrch, děleno a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch. | ||||
| Polokulová absorbance | A | N / A | 1 | Sálavý tok vstřebává podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „absorbance ". | ||||
| Spektrální polokulová absorbance | Aν nebo Aλ | N / A | 1 | Spektrální tok vstřebává podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „spektrální absorbance ". | ||||
| Směrová absorbance | AΩ | N / A | 1 | Záře vstřebává podle a povrch, děleno zářením dopadajícím na tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „absorbance ". | ||||
| Spektrální směrová absorbance | AΩ, ν nebo AΩ, λ | N / A | 1 | Spektrální záření vstřebává podle a povrch, děleno spektrálním zářením dopadajícím na tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „spektrální absorbance ". | ||||
| Polokulová odrazivost | R | N / A | 1 | Sálavý tok odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Spektrální polokulová odrazivost | Rν nebo Rλ | N / A | 1 | Spektrální tok odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Směrová odrazivost | RΩ | N / A | 1 | Záře odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Spektrální směrová odrazivost | RΩ, ν nebo RΩ, λ | N / A | 1 | Spektrální záření odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Polokulovitá propustnost | T | N / A | 1 | Sálavý tok přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Spektrální hemisférická propustnost | Tν nebo Tλ | N / A | 1 | Spektrální tok přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Směrová propustnost | TΩ | N / A | 1 | Záře přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Spektrální směrová propustnost | TΩ, ν nebo TΩ, λ | N / A | 1 | Spektrální záření přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. | ||||
| Polokulovitý útlumový koeficient | μ | reciproční metr | m−1 | L−1 | Sálavý tok vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem. | |||
| Spektrální polokulovitý útlumový koeficient | μν nebo μλ | reciproční metr | m−1 | L−1 | Spektrální zářivý tok vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem. | |||
| Koeficient útlumu směru | μΩ | reciproční metr | m−1 | L−1 | Záře vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem. | |||
| Spektrální směrový koeficient útlumu | μΩ, ν nebo μΩ, λ | reciproční metr | m−1 | L−1 | Spektrální záření vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem. | |||
| Viz také: SI · Radiometrie · Fotometrie | ||||||||
- ^ Organizace pro normalizaci doporučuji radiometrické množství by měl být označen příponou "e" (pro "energický"), aby nedošlo k záměně s fotometrickými nebo foton množství.
- ^ A b C d E Někdy se vyskytují alternativní symboly: Ž nebo E pro sálavou energii, P nebo F pro sálavý tok, Já pro ozáření Ž pro zářivý výstup.
- ^ A b C d E F G Spektrální množství udávané na jednotku frekvence jsou označeny příponou "ν „(Řecky) - nelze zaměňovat s příponou„ v “(pro„ vizuální “) označující fotometrickou veličinu.
- ^ A b C d E F G Spektrální množství udávané na jednotku vlnová délka jsou označeny příponou "λ " (Řecký).
- ^ A b Směrové veličiny jsou označeny příponou "Ω " (Řecký).
Viz také
Reference
- ^ Palmer, James M. „Systém SI a jednotky SI pro radiometrii a fotometrii“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) 2. srpna 2012.
- ^ Rowlett, Russ. "Kolik? Slovník jednotek měření". Citováno 10. srpna 2012.
- ^ A b C „Tepelná izolace - Přenos tepla sáláním - Fyzikální veličiny a definice“. ISO 9288: 1989. ISO katalog. 1989. Citováno 2015-03-15.
- ^ William Ross McCluney, Úvod do radiometrie a fotometrie, Artech House, Boston, MA, 1994 ISBN 978-0890066782