Zářivá energie - Radiant energy - Wikipedia

Viditelné světlo jako sluneční světlo nese sálavou energii, která se používá v solární energie generace.

v fyzika, a zejména měřeno pomocí radiometrie, zářivá energie je energie z elektromagnetické a gravitační záření.[1] Jako energie je její jednotkou SI joule (J). Množství sálavé energie lze vypočítat pomocí integrace sálavý tok (nebo Napájení ) s ohledem na čas. Symbol QE je často používán v celé literatuře k označení radiační energie („e“ pro „energetickou“, aby nedošlo k záměně s fotometrickými veličinami). V oborech fyziky jiných než radiometrie se elektromagnetická energie označuje jako použití E nebo Ž. Termín se používá zejména tehdy, když elektromagnetické záření vyzařuje zdroj do okolního prostředí. Toto záření může být pro lidské oko viditelné nebo neviditelné.[2][3]

Použití a historie terminologie

Termín „zářivá energie“ se nejčastěji používá v oblastech radiometrie, solární energie, topení a osvětlení, ale také se někdy používá v jiných oblastech (např telekomunikace ). V moderních aplikacích zahrnujících přenos energie z jednoho místa do druhého se „radiační energie“ někdy používá k označení elektromagnetických vln oni sami, spíše než jejich energie (vlastnost vln). V minulosti se také používal termín „elektrografická energie“.[4]

Termín „sálavá energie“ platí také pro gravitační záření.[5][6] Například první pozorované gravitační vlny byly vyrobeny srážkou černé díry, která vyzařovala asi 5,3×1047 jouly energie gravitačních vln.[7]

Analýza

Čerenkovovo záření zářící v jádru a Reaktor TRIGA.

Protože elektromagnetické (EM) záření lze pojmout jako proud fotony, lze vyzařovat energii jako fotonová energie - energie nesená těmito fotony. Alternativně lze na EM záření pohlížet jako na elektromagnetickou vlnu, která nese energii ve svých oscilačních elektrických a magnetických polích. Tyto dva pohledy jsou zcela rovnocenné a jsou vzájemně sladěny v kvantová teorie pole (vidět dualita vlnových částic ).

EM záření může mít různé frekvence. Pásma frekvence přítomná v daném EM signálu mohou být ostře definována, jak je vidět na atomová spektra, nebo mohou být široké, jako v záření černého těla. Na částicovém obrázku je energie nesená každým fotonem úměrná jeho frekvenci. Ve vlnovém obraze je energie monochromatické vlny úměrná její intenzita. To znamená, že pokud mají dvě EM vlny stejnou intenzitu, ale rozdílné frekvence, ten s vyšší frekvencí „obsahuje“ méně fotonů, protože každý foton je energičtější.

Když jsou EM vlny vstřebává objektem se přeměňuje energie vln teplo (nebo přeměněn na elektřinu v případě a fotoelektrické materiál). Jedná se o velmi známý efekt, protože sluneční světlo ohřívá povrchy, které ozařuje. Tento jev je často spojován zejména s infračervený záření, ale jakýkoli druh elektromagnetického záření zahřeje předmět, který jej pohltí. EM vlny mohou být také odráží nebo rozptýlené, v takovém případě je také přesměrována nebo přerozdělena jejich energie.

Otevřené systémy

Sálavá energie je jedním z mechanismů, kterými může energie vstoupit nebo opustit otevřený systém.[8][9][10] Takový systém může být vytvořen člověkem, například a solární energie sběratel, nebo přírodní, jako je Atmosféra Země. v geofyzika, většina atmosférických plynů, včetně skleníkové plyny, umožnit sluneční záření s krátkou vlnovou délkou projít na zemský povrch, zahřívat zem a oceány. Absorbovaná sluneční energie je částečně znovu emitována jako záření s delší vlnovou délkou (zejména infračervené záření), z nichž některé jsou absorbovány atmosférickými skleníkovými plyny. Výsledkem je sálavá energie na slunci jaderná fůze.[11]

Aplikace

Sálavá energie se používá pro sálavé vytápění.[12] Může být generován elektricky pomocí infračervené lampy, nebo mohou být absorbovány z sluneční světlo a používá se k ohřevu vody. Tepelná energie je vyzařována z teplého prvku (podlaha, stěna, horní panel) a místo přímého ohřevu vzduchu ohřívá lidi a jiné předměty v místnostech. Z tohoto důvodu může být teplota vzduchu nižší než v konvenčně vytápěné budově, i když místnost vypadá stejně pohodlně.

Byly navrženy různé další aplikace sálavé energie.[13] Patří mezi ně zpracování a kontrola, oddělování a třídění, médium kontroly a médium komunikace. Mnoho z těchto aplikací zahrnuje zdroj sálavé energie a detektor, který na toto záření reaguje a poskytuje signál představující určitou charakteristiku záření. Detektory záření vyzařují reakci na dopadající energii záření buď jako zvýšení nebo snížení elektrický potenciál nebo proud toku nebo jiné vnímatelné změny, například vystavení fotografický film.

Radiometrické jednotky SI

Radiometrické jednotky SI
MnožstvíJednotkaDimenzePoznámky
názevSymbol[poznámka 1]názevSymbolSymbol
Zářivá energieQE[pozn. 2]jouleJM⋅L2⋅T−2Energie elektromagnetického záření.
Hustota sálavé energiewEjoule na metr krychlovýJ / m3M⋅L−1⋅T−2Sálavá energie na jednotku objemu.
Sálavý tokΦE[pozn. 2]wattŽ = J / sM⋅L2⋅T−3Vyzařovaná, odražená, vysílaná nebo přijímaná sálavá energie za jednotku času. Tomu se někdy také říká „zářivý výkon“.
Spektrální tokΦe, ν[pozn. 3]watt na hertzW /HzM⋅L2⋅T−2Sálavý tok na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅nm−1.
Φe, λ[pozn. 4]watt na metrW / mM⋅L⋅T−3
Intenzita zářeníJáe, Ω[pozn. 5]watt na steradskýW /srM⋅L2⋅T−3Vyzařovaný, odražený, vysílaný nebo přijímaný tok záření na jednotku plného úhlu. Tohle je směrový Množství.
Spektrální intenzitaJáe, Ω, ν[pozn. 3]watt na steradián za hertzW⋅sr−1⋅Hz−1M⋅L2⋅T−2Intenzita 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 metrW⋅sr−1.M−1M⋅L⋅T−3
ZářeLe, Ω[pozn. 5]watt na steradián na metr čtverečníW⋅sr−1.M−2M⋅T−3Sálavý tok emitovaný, odražený, vysílaný nebo přijímaný a povrch, na jednotku plného úhlu na jednotku promítané plochy. Tohle je směrový Množství. Toto se někdy také matoucí nazývá „intenzita“.
Spektrální zářeníLe, Ω, ν[pozn. 3]watt na steradián na metr čtvereční na hertzW⋅sr−1.M−2⋅Hz−1M⋅T−2Zář 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 metrW⋅sr−1.M−3M⋅L−1⋅T−3
Ozáření
Magneticka indukce		EE[pozn. 2]watt na metr čtverečníW / m2M⋅T−3Sálavý 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 hertzW⋅m−2⋅Hz−1M⋅T−2Ozáření 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 metrW / m3M⋅L−1⋅T−3
RadiosityJE[pozn. 2]watt na metr čtverečníW / m2M⋅T−3Sálavý tok odcházející (emitované, odražené a přenášené) a povrch na jednotku plochy. Toto se někdy také matoucí nazývá „intenzita“.
Spektrální radiositaJe, ν[pozn. 3]watt na metr čtvereční na hertzW⋅m−2⋅Hz−1M⋅T−2Radiosity 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 metrW / m3M⋅L−1⋅T−3
Zářivý východME[pozn. 2]watt na metr čtverečníW / m2M⋅T−3Sálavý 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 exitanceMe, ν[pozn. 3]watt na metr čtvereční na hertzW⋅m−2⋅Hz−1M⋅T−2Zářivý východ a povrch na jednotku frekvence nebo vlnové délky. Ta se běžně měří ve W⋅m−2Mnm−1. „Spektrální emittance“ je starý termín pro tuto veličinu. Toto se někdy také matoucí nazývá „spektrální intenzita“.
Me, λ[pozn. 4]watt na metr čtvereční, na metrW / m3M⋅L−1⋅T−3
Radiační expoziceHEjoule na metr čtverečníJ / m2M⋅T−2Sálavá energie přijatá a povrch na jednotku plochy nebo ekvivalentní ozáření a povrch integrovaný v průběhu doby ozařování. Toto se někdy také nazývá „zářivé záření“.
Spektrální expoziceHe, ν[pozn. 3]joule na metr čtvereční na hertzJ⋅m−2⋅Hz−1M⋅T−1Radiační 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 metrJ / m3M⋅L−1⋅T−2
Polokulovitá emisivitaεN / A1Zářivý východ a povrch, děleno a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch.
Spektrální hemisférická emisivitaεν
 nebo
ελ		N / A1Spektrální exitance a povrch, děleno a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch.
Směrová emisivitaεΩN / A1Záře emitované podle a povrch, děleno tím, že vyzařuje a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch.
Spektrální směrová emisivitaεΩ, ν
 nebo
εΩ, λ		N / A1Spektrální záření emitované podle a povrch, děleno a černé tělo při stejné teplotě jako ten povrch.
Polokulová absorbanceAN / A1Sálavý tok vstřebává podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „absorbance ".
Spektrální polokulová absorbanceAν
 nebo
Aλ		N / A1Spektrální tok vstřebává podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „spektrální absorbance ".
Směrová absorbanceAΩN / A1Záře vstřebává podle a povrch, děleno zářením dopadajícím na tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „absorbance ".
Spektrální směrová absorbanceAΩ, ν
 nebo
AΩ, λ		N / A1Spektrální záření vstřebává podle a povrch, děleno spektrálním zářením dopadajícím na tento povrch. To by nemělo být zaměňováno s „spektrální absorbance ".
Polokulová odrazivostRN / A1Sálavý tok odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Spektrální polokulová odrazivostRν
 nebo
Rλ		N / A1Spektrální tok odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Směrová odrazivostRΩN / A1Záře odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Spektrální směrová odrazivostRΩ, ν
 nebo
RΩ, λ		N / A1Spektrální záření odráží podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Polokulovitá propustnostTN / A1Sálavý tok přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Spektrální hemisférická propustnostTν
 nebo
Tλ		N / A1Spektrální tok přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Směrová propustnostTΩN / A1Záře přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Spektrální směrová propustnostTΩ, ν
 nebo
TΩ, λ		N / A1Spektrální záření přenášeno podle a povrch, děleno tím, co obdržel tento povrch.
Polokulovitý útlumový koeficientμreciproční metrm−1L−1Sálavý tok vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem.
Spektrální polokulovitý útlumový koeficientμν
 nebo
μλ		reciproční metrm−1L−1Spektrální zářivý tok vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem.
Koeficient útlumu směruμΩreciproční metrm−1L−1Záře vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem.
Spektrální směrový koeficient útlumuμΩ, ν
 nebo
μΩ, λ		reciproční metrm−1L−1Spektrální záření vstřebává a rozptýlené podle a objem na jednotku délky děleno počtem přijatým tímto objemem.
Viz také: SI  · Radiometrie  · Fotometrie
  1. ^ Organizace pro normalizaci doporučuji radiometrické množství by měl být označen příponou "e" (pro "energický"), aby nedošlo k záměně s fotometrickými nebo foton množství.
  2. ^ 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.
  3. ^ 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.
  4. ^ A b C d E F G Spektrální množství udávané na jednotku vlnová délka jsou označeny příponou "λ " (Řecký).
  5. ^ A b Směrové veličiny jsou označeny příponou "Ω " (Řecký).

Viz také

Poznámky a odkazy

  1. ^ "Zářivá energie ". Federální standard 1037C
  2. ^ George Frederick Barker, Fyzika: Pokročilý kurz, strana 367
  3. ^ Hardis, Jonathan E., “Viditelnost radiační energie ". PDF.
  4. ^ Příklady: USA 1005338  "Vysílací zařízení", USA 1018555  "Signalizace elektroradiantní energií" a USA 1597901  "Rádiový přístroj".
  5. ^ Kennefick, Daniel (15.04.2007). Cestování rychlostí myšlení: Einstein a pátrání po gravitačních vlnách. Princeton University Press. ISBN  978-0-691-11727-0. Citováno 9. března 2016.
  6. ^ Sciama, Dennis (17. února 1972). „Snižování ztrát galaxie“. Nový vědec: 373. Citováno 9. března 2016.
  7. ^ Abbott, B.P. (11. února 2016). „Pozorování gravitačních vln z fúze binárních černých děr“. Dopisy o fyzické kontrole. 116 (6): 061102. doi:10.1103 / PhysRevLett.116.061102. PMID  26918975.
  8. ^ Moran, M. J. a Shapiro, H. N., Základy strojírenstvíTermodynamika, Kapitola 4. „Mass Conservation for an Open System“, 5. vydání, John Wiley and Sons. ISBN  0-471-27471-2.
  9. ^ Robert W. Christopherson, Elementární geosystémy, Čtvrté vydání. Prentice Hall, 2003. Strany 608. ISBN  0-13-101553-2
  10. ^ James Grier Miller a Jessie L. Miller, Země jako systém.
  11. ^ Transformace energie. assets.cambridge.org. (výňatek)
  12. ^ USA 1317883  „Metoda generování sálavé energie a její projektování prostřednictvím volného vzduchu pro výrobu tepla“
  13. ^ Třída 250, sálavá energie, USPTO. Březen 2006.

Další čtení

  • Caverly, Donald Philip, Primer elektroniky a sálavé energie. New York, McGraw-Hill, 1952.
  • Whittaker, E. T. (duben 1929). „Co je to energie?“. Matematický věstník. Matematická asociace. 14 (200): 401–406. doi:10.2307/3606954. JSTOR  3606954.