Освещенность

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 . Излучение часто называют интенсивностью , но этого термина избегают в радиометрии, где такое использование приводит к путанице с интенсивностью излучения . В астрофизике освещенность называетсялучистый поток . ^[1]

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 [ править ]

Освещенность [ править ]

Освещенность поверхности, обозначаемая E _e («e» для «энергичный», чтобы избежать путаницы с фотометрическими величинами), определяется как ^[2]

E_{\mathrm {e} }={\frac {\partial \Phi _{\mathrm {e} }}{\partial A}},

куда

∂ - символ частной производной ;
Φ _e - полученный лучистый поток;
А - это площадь.

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

Спектральная освещенность [ править ]

Частотная спектральная освещенность поверхности, обозначаемая E _{e, ν} , определяется как ^[2]

E_{\mathrm {e} ,\nu }={\frac {\partial E_{\mathrm {e} }}{\partial \nu }},

где ν - частота.

Спектральная освещенность на длине волны поверхности, обозначаемая E _{e, λ} , определяется как ^[2]

E_{\mathrm {e} ,\lambda }={\frac {\partial E_{\mathrm {e} }}{\partial \lambda }},

где λ - длина волны.

Свойство [ править ]

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

E_{\mathrm {e} }=\langle |\mathbf {S} |\rangle \cos \alpha ,

куда

$⟨•⟩$ - 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 ^[3]

E_{\mathrm {e} }={\frac {n}{2\mu _{0}\mathrm {c} }}E_{\mathrm {m} }^{2}\cos \alpha ={\frac {n\varepsilon _{0}\mathrm {c} }{2}}E_{\mathrm {m} }^{2}\cos \alpha ,

куда

E _m - амплитуда электрического поля волны;
n - показатель преломления среды распространения;
c - скорость света в вакууме ;
μ ₀ - вакуумная проницаемость ;
ε ₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума .

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 .

Солнечная энергия [ править ]

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: ^[4]

E_{\mathrm {e} }=E_{\mathrm {e} ,\mathrm {dir} }+E_{\mathrm {e} ,\mathrm {diff} }+E_{\mathrm {e} ,\mathrm {refl} }.

Интеграл от солнечного излучения в течение периода времени, называется « солнечной экспозиции » или « инсоляция ». ^[4]^[5]

Единицы радиометрии СИ [ править ]

Блоки радиометрии СИ
v
т
е
Количество		Единица измерения		Измерение	Примечания
Имя	Символ ^{[nb 1]}	Имя	Символ	Символ	Примечания
Энергия излучения	Q _e^{[nb 2]}	джоуль	J	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Энергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии	ж _е	джоуль на кубический метр	Дж / м ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²	Лучистая энергия на единицу объема.
Сияющий поток	Φ _e^{[nb 2]}	ватт	W = Дж / с	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻³	Излучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения в единицу времени. Иногда это также называют «сияющей силой».
Спектральный поток	Φ _{e, ν}^{[nb 3]}	ватт на герц	Вт / Гц	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Лучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм ^-1 .
Спектральный поток	Φ _{e, λ}^{[nb 4]}	ватт на метр	Вт / м	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Сияющая интенсивность	I _{e, Ω}^{[nb 5]}	ватт на стерадиан	Вт / ср	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻³	Излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поток излучения на единицу телесного угла. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	I _{e, Ω, ν}^{[nb 3]}	ватт на стерадиан на герц	W⋅sr ⁻¹ ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅ср ⁻¹ нм ⁻¹ . Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	I _{e, Ω, λ}^{[nb 4]}	ватт на стерадиан на метр	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻¹	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Сияние	L _{e, Ω}^{[nb 5]}	ватт на стерадиан на квадратный метр	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью , на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное сияние	L _{e, Ω, ν}^{[nb 3]}	ватт на стерадиан на квадратный метр на герц	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻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 ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральное сияние	L _{e, Ω, λ}^{[nb 4]}	ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Энергия излучения Плотность потока	E _e^{[nb 2]}	ватт на квадратный метр	Вт / м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток , полученный с помощью поверхности на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная освещенность Спектральная плотность потока	E _{e, ν}^{[nb 3]}	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м ⁻² ⋅Гц ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также ошибочно 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).
Спектральная освещенность Спектральная плотность потока	E _{e, λ}^{[nb 4]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Лучистость	J _e^{[nb 2]}	ватт на квадратный метр	Вт / м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток покидает (испускается, отражается и проходит) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное излучение	J _{e, ν}^{[nb 3]}	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м ⁻² ⋅Гц ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Сияние поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м ⁻² нм ⁻¹ . Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральное излучение	J _{e, λ}^{[nb 4]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Сияющая выходность	M _e^{[nb 2]}	ватт на квадратный метр	Вт / м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток , излучаемый на поверхности на единицу площади. Это излучаемый компонент излучения. «Излучение излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная выходность	M _{e, ν}^{[nb 3]}	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м ⁻² ⋅Гц ⁻¹	M ⋅ T ⁻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».
Спектральная выходность	M _{e, λ}^{[nb 4]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Сияющее воздействие	H _e	джоуль на квадратный метр	Дж / м ²	M ⋅ T ⁻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}^{[nb 3]}	джоуль на квадратный метр на герц	Дж⋅м ⁻² ⋅Гц ⁻¹	M ⋅ T ⁻¹	Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м ⁻² нм ⁻¹ . Иногда это также называют «спектральной плотностью энергии».
Спектральная экспозиция	H _{e, λ}^{[nb 4]}	джоуль на квадратный метр, на метр	Дж / м ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻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.
Спектральная отражательная способность	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.

^ Организации по стандартизации рекомендуютобозначатьрадиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетический»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.
^ a b c d e Иногда встречаются альтернативные символы: W или E для лучистой энергии, P или F для лучистого потока, I для энергетической освещенности, W для лучистой светимости.
^ a b c d e f g Спектральные величины, заданные на единицу частоты , обозначаются суффиксом « ν » (греческий) - не путать с суффиксом «v» (от «визуальный»), обозначающим фотометрическую величину.
^ a b c d e f g Спектральные величины, заданные на единицу длины волны , обозначаются суффиксом « λ » (греческий).
^ a b Направленные величины обозначаются суффиксом « Ω » (греческий).

См. Также [ править ]

Альбедо
Флюенс
Освещенность
Инсоляция
Рассеивание света
Кривая PI ( кривая фотосинтеза-освещенности)
Угол солнечного азимута
Солнечное излучение
Солнечный полдень
Спектральная плотность потока
Закон Стефана – Больцмана

Ссылки [ править ]

^ Кэрролл, Брэдли В. (2017-09-07). Введение в современную астрофизику . п. 60. ISBN 978-1-108-42216-1. OCLC 991641816 .
^ a b c «Теплоизоляция. Передача тепла излучением. Физические величины и определения» . ISO 9288: 1989 . Каталог ISO . 1989 . Проверено 15 марта 2015 .
^ Гриффитс, Дэвид Дж. (1999). Введение в электродинамику (3-е изд., Переиздание с кор. Ред.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси [ua]: Прентис-Холл . ISBN 0-13-805326-X.
^ a b Квашнинг, Волкер (2003). «Основы технологий - Солнце как энергетический ресурс» . Мир возобновляемых источников энергии . 6 (5): 90–93.
^ Лю, BYH; Иордания, RC (1960). «Взаимосвязь и характерное распределение прямого, рассеянного и суммарного солнечного излучения». Солнечная энергия . 4 (3): 1. Bibcode : 1960SoEn .... 4 .... 1L . DOI : 10.1016 / 0038-092X (60) 90062-1 .

[note-suffix-e-6] Организации по стандартизации рекомендуютобозначатьрадиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетический»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.

[note-alternative-symbol-radiometric-7] Иногда встречаются альтернативные символы: W или E для лучистой энергии, P или F для лучистого потока, I для энергетической освещенности, W для лучистой светимости.

[note-suffix-nu-8] Спектральные величины, заданные на единицу частоты , обозначаются суффиксом « ν » (греческий) - не путать с суффиксом «v» (от «визуальный»), обозначающим фотометрическую величину.

[note-suffix-lambda-9] Спектральные величины, заданные на единицу длины волны , обозначаются суффиксом « λ » (греческий).

[note-suffix-omega-10] Направленные величины обозначаются суффиксом « Ω » (греческий).

[1] Кэрролл, Брэдли В. (2017-09-07). Введение в современную астрофизику . п. 60. ISBN 978-1-108-42216-1. OCLC 991641816 .

[ISO_9288-1989-2] «Теплоизоляция. Передача тепла излучением. Физические величины и определения» . ISO 9288: 1989 . Каталог ISO . 1989 . Проверено 15 марта 2015 .

[griffiths-3] Гриффитс, Дэвид Дж. (1999). Введение в электродинамику (3-е изд., Переиздание с кор. Ред.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси [ua]: Прентис-Холл . ISBN 0-13-805326-X.

[Quaschning-4] Квашнинг, Волкер (2003). «Основы технологий - Солнце как энергетический ресурс» . Мир возобновляемых источников энергии . 6 (5): 90–93.

[5] Лю, BYH; Иордания, RC (1960). «Взаимосвязь и характерное распределение прямого, рассеянного и суммарного солнечного излучения». Солнечная энергия . 4 (3): 1. Bibcode : 1960SoEn .... 4 .... 1L . DOI : 10.1016 / 0038-092X (60) 90062-1 .

[1]