Освещенность - Irradiance

В радиометрии , облученность это поток лучистого ( мощность ) , полученный с помощью поверхности на единицу площади. Единица СИ облучённости является ватт на квадратный метр (Вт · м -2 ). Блок РКУ эрг на квадратный сантиметр в секунду (erg⋅cm -2 ⋅s -1 ) часто используется в астрономии . Облучение часто называют интенсивностью , но этого термина избегают в радиометрии, где такое использование приводит к путанице с интенсивностью излучения . В астрофизике освещенность называется лучистым потоком .

Спектральная освещенность - это освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны , в зависимости от того , берется ли спектр как функция частоты или длины волны. Эти две формы имеют разные размеры : спектральная освещенность частотного спектра измеряется в ваттах на квадратный метр на герц (Вт⋅м −2 Гц −1 ), а спектральная освещенность спектра длин волн измеряется в ваттах на квадратный метр на метр. (Вт⋅м −3 ), или, чаще, ватт на квадратный метр на нанометр (Вт⋅м −2 нм −1 ).

Математические определения

Освещенность

Освещенность поверхности, обозначаемая E e («e» для «энергичный», чтобы избежать путаницы с фотометрическими величинами), определяется как

где

Если мы хотим говорить о лучистом потоке, испускаемом поверхностью, мы говорим о лучистом потоке .

Спектральная освещенность

Спектральная освещенность на частоте поверхности, обозначаемая E e, ν , определяется как

где ν - частота.

Спектральная освещенность на длине волны поверхности, обозначаемая E e, λ , определяется как

где λ - длина волны.

Имущество

Освещенность поверхности также, согласно определению лучистого потока , равна средней по времени составляющей вектора Пойнтинга, перпендикулярной поверхности:

где

  • ⟨•⟩ - среднее по времени;
  • S - вектор Пойнтинга;
  • α представляет собой угол между единичным вектором нормального к поверхности и S .

Для распространяющейся синусоидальной линейно поляризованной электромагнитной плоской волны вектор Пойнтинга всегда указывает направление распространения, колеблясь по величине. Освещенность поверхности тогда определяется выражением

где

Эта формула предполагает, что магнитной восприимчивостью можно пренебречь, т. Е. Что μ r ≈ 1, где μ r - магнитная проницаемость среды распространения. Это предположение обычно справедливо для прозрачных сред в оптическом диапазоне частот .

Точечный источник

Точечный источник света производит сферические волновые фронты. Освещенность в этом случае изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.

где

  • r - расстояние;
  • P - мощность излучения;
  • A - площадь поверхности сферы радиуса r .

Для быстрого приближения это уравнение показывает, что удвоение расстояния снижает облучение до одной четверти; или аналогично, чтобы удвоить облучение, уменьшите расстояние до 0,7. Когда это не точечный источник, для реальных источников света профиль энергетической освещенности может быть получен путем свертки изображения изображения источника света.

Солнечная энергия

Глобальная освещенность на горизонтальной поверхности Земли состоит из прямой освещенности E e, dir и диффузной освещенности E e, diff . На наклонной плоскости есть еще одна составляющая освещенности, E e, refl , которая отражается от земли. Среднее отражение от земли составляет около 20% от общей освещенности. Следовательно, освещенность E e на наклонной плоскости состоит из трех компонентов:

Интеграл от солнечного излучения в течение периода времени, называется « солнечной экспозиции » или « инсоляция ».

Блоки радиометрии СИ

Блоки радиометрии СИ
Количество Ед. изм Измерение Заметки
Имя Символ Имя Символ Символ
Энергия излучения Q e джоуль J ML 2T −2 Энергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии ж е джоуль на кубический метр Дж / м 3 ML −1T −2 Лучистая энергия на единицу объема.
Сияющий поток Φ e ватт W = Дж / с ML 2T −3 Излучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения в единицу времени. Иногда это также называют «сияющей силой».
Спектральный поток Φ e, ν ватт на герц Вт / Гц ML 2T −2 Лучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм -1 .
Ф е, λ ватт на метр Вт / м MLT −3
Сияющая интенсивность I e, Ω ватт на стерадиан Вт / ср ML 2T −3 Излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поток излучения на единицу телесного угла. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность I e, Ω, ν ватт на стерадиан на герц W⋅sr −1 ⋅Hz −1 ML 2T −2 Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅ср −1 нм −1 . Это направленная величина.
I e, Ω, λ ватт на стерадиан на метр W⋅sr −1 ⋅m −1 MLT −3
Сияние L e, Ω ватт на стерадиан на квадратный метр W⋅sr −1 ⋅m −2 MT −3 Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью , на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленная величина. Иногда это также неправильно называют «интенсивностью».
Спектральное сияние L e, Ω, ν ватт на стерадиан на квадратный метр на герц W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1 MT −2 Яркость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅sr −1 m −2 nm −1 . Это направленная величина. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
L e, Ω, λ ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр W⋅sr −1 ⋅m −3 ML −1T −3
Энергия
излучения Плотность потока
E e ватт на квадратный метр Вт / м 2 MT −3 Лучистый поток , полученный с помощью поверхности на единицу площади. Иногда это также неправильно называют «интенсивностью».
Спектральная освещенность
Спектральная плотность потока
E e, ν ватт на квадратный метр на герц Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 MT −2 Освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью». Единицы измерения спектральной плотности потока, не относящиеся к системе СИ, включают янский (1 Ян = 10 −26  Вт⋅м −2 Гц −1 ) и единицу солнечного потока (1 sfu = 10 −22  Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 = 10 4).  Jy).
E e, λ ватт на квадратный метр, на метр Вт / м 3 ML −1T −3
Лучистость J e ватт на квадратный метр Вт / м 2 MT −3 Лучистый поток покидает (испускается, отражается и проходит) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное излучение J e, ν ватт на квадратный метр на герц Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 MT −2 Сияние поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м −2 нм −1 . Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
J e, λ ватт на квадратный метр, на метр Вт / м 3 ML −1T −3
Сияющая выходность М е ватт на квадратный метр Вт / м 2 MT −3 Лучистый поток , излучаемый на поверхности на единицу площади. Это излучаемый компонент излучения. «Излучение» - это старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также неправильно называют «интенсивностью».
Спектральная выходность М е, ν ватт на квадратный метр на герц Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 MT −2 Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м −2 нм −1 . «Спектральный коэффициент излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
M e, λ ватт на квадратный метр, на метр Вт / м 3 ML −1T −3
Сияющее воздействие H e джоуль на квадратный метр Дж / м 2 MT −2 Лучистая энергия, получаемая поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности, интегрированная по времени облучения. Иногда это также называют «сияющим флюенсом».
Спектральная экспозиция H e, ν джоуль на квадратный метр на герц Дж⋅м −2 ⋅Гц −1 MT −1 Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м −2 нм −1 . Иногда это также называют «спектральным флюенсом».
H e, λ джоуль на квадратный метр, на метр Дж / м 3 ML −1T −2
Полусферический коэффициент излучения ε N / A 1 Излучение поверхности , деленное на выход черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность ε ν
 или
ε λ
N / A 1 Спектральная светимость поверхности , деленная на светимость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность ε Ω N / A 1 Излучение , излучаемый на поверхности , разделенные , что излучаемый черного тела при той же температуре , как эта поверхность.
Спектрально-направленная излучательная способность ε Ω, ν
 или
ε Ω, λ
N / A 1 Спектральное свечение , излучаемое на поверхность , деленное на том , что из черного тела при той же температуре , как эта поверхность.
Полусферическое поглощение А N / A 1 Лучистый поток поглощается на поверхность , деленный на которые получены этой поверхность. Не следует путать с « поглощением ».
Спектральное полусферическое поглощение A ν
 или
A λ
N / A 1 Спектральный поток поглощается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Направленное поглощение А Ом N / A 1 Излучение поглощается на поверхности , деленной на сияния падающего на эту поверхность. Не следует путать с « поглощением ».
Спектральное направленное поглощение A Ω, ν
 или
A Ω, λ
N / A 1 Спектральный сияния поглощается на поверхности , деленной на спектральной энергетической яркости падающего на эту поверхность. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Полусферическое отражение р N / A 1 Лучистый поток, отраженный от поверхности , делится на поток , принимаемый этой поверхностью.
Спектральная полусферическая отражательная способность R ν
 или
R λ
N / A 1 Спектральный поток отражается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Направленное отражение R Ом N / A 1 Излучение отражается на поверхности , деленной на том , что полученные с помощью этой поверхности.
Спектральное направленное отражение R Ω, ν
 или
R Ω, λ
N / A 1 Спектральное сияние отражается на поверхность , деленный на которые получены этой поверхность.
Полусферический коэффициент пропускания Т N / A 1 Лучевой поток передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Спектральное полусферическое пропускание T ν
 или
T λ
N / A 1 Спектральный поток передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Направленное пропускание Т Ом N / A 1 Излучение передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Спектрально-направленное пропускание T Ω, ν
 или
T Ω, λ
N / A 1 Спектральное сияние передается по поверхности , деленный на которые получены этой поверхность.
Полусферический коэффициент затухания μ обратный счетчик м −1 L −1 Поток излучения, поглощаемый и рассеиваемый на объем на единицу длины, деленный на полученный этим объемом.
Коэффициент спектрального полусферического ослабления μ ν
 или
μ λ
обратный счетчик м −1 L −1 Спектральный лучистого потока поглощается и рассеивается по объему на единицу длины, деленное на том , что полученные этим объемом.
Коэффициент направленного затухания μ Ом обратный счетчик м −1 L −1 Сияние поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на полученное этим объемом.
Коэффициент направленного спектрального ослабления μ Ω, ν
 или
μ Ω, λ
обратный счетчик м −1 L −1 Спектральная яркость поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на полученное этим объемом.
См. Также: SI  · Радиометрия  · Фотометрия.

Смотрите также

Рекомендации