Освещенность

редактировать

В радиометрии освещенность - это лучистый поток (мощность ), полученная поверхностью на единицу площади. единица СИ энергетической освещенности - это ватт на квадратный метр (Вт⋅м). Единица CGS эрг на квадратный сантиметр в секунду (эрг⋅см⋅с) часто используется в астрономии. Энергия излучения часто называется интенсивностью, но этого термина избегают в радиометрии, где такое использование приводит к путанице с интенсивностью излучения. В астрофизике энергетическая освещенность называется лучистым потоком.

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

Содержание

1 Математические определения
- 1.1 Освещенность
- 1.2 Спектральная освещенность
2 Свойство
3 Солнечная энергия
4 Радиометрические единицы СИ
5 См. Также
6 Ссылки

Математические определения

Энергетическая освещенность

Энергетическая освещенность поверхности, обозначенная E e («e» означает «энергетический», чтобы избежать путаницы с фотометрическим количества), определяется как

E e = ∂ Φ e ∂ A, {\ displaystyle E _ {\ mathrm {e}} = {\ frac {\ partial \ Phi _ {\ mathrm {e}}} { \ partial A}},}

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

где

∂ - символ частной производной ;
Φe- полученный лучистый поток;
A - площадь.

Если мы хотим говорить о лучистом потоке, излучаемом поверхностью, мы говорим о выходном потоке излучения.

Спектральной освещенности

Спектральное излучение по частоте поверхности, обозначаемой E e, ν, определяется как

E e, ν = ∂ E e ∂ ν, {\ displaystyle E _ {\ mathrm {e}, \ nu} = {\ frac {\ partial E _ {\ mathrm {e}}} {\ partial \ nu}},}

E _ {{ {\ mathrm {e}}, \ nu}} = {\ frac {\ partial E _ {{\ mathrm {e}}}} {\ partial \ nu}},

где ν - частота.

Спектральная освещенность в длине волны поверхности, обозначенная E e, λ, определяется как

E e, λ = ∂ E e ∂ λ, {\ displaystyle E _ {\ mathrm {e}, \ lambda} = {\ frac {\ partial E _ {\ mathrm {e}}} {\ partial \ lambda}},}

E _ {{{\ mathrm {e}}, \ lambda}} = {\ frac {\ частичный E _ {{\ mathrm {e}}}} {\ partial \ lambda}},

где λ - длина волны.

Свойство

Освещенность поверхности также, согласно определению лучистого потока, равна среднему по времени компонента вектора Пойнтинга . перпендикулярно поверхности:

E e = ⟨| S | ⟩ Соз ⁡ α, {\ displaystyle E _ {\ mathrm {e}} = \ langle | \ mathbf {S} | \ rangle \ cos \ alpha,}

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

, где

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

для распространяющегося синусоидального линейно поляризованного электромагнитного плоская волна, вектор Пойнтинга всегда указывает направление распространения, хотя и колеблется по величине. Тогда освещенность поверхности определяется как

E e = n 2 μ 0 c E m 2 cos ⁡ α = n ε 0 c 2 E m 2 cos ⁡ α, {\ displaystyle 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,}

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,

где

Em- амплитуда электрического поля волны;
n - показатель преломления среды распространения;
c - скорость света в вакууме ;
μ0- проницаемость вакуума ;
ε0- диэлектрическая проницаемость вакуума.

Эта формула предполагает, что магнитная восприимчивость пренебрежимо мала, то есть что μ r ≈ 1, где μ r - магнитная проницаемость среды распространения. Это предположение обычно справедливо для прозрачных сред в оптическом диапазоне частот.

Солнечная энергия

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

E e = E e, d i r + E e, d i f f + E e, r e f l. {\ displaystyle E _ {\ mathrm {e}} = E _ {\ mathrm {e}, \ mathrm {dir}} + E _ {\ mathrm {e}, \ mathrm {diff}} + E _ {\ mathrm {e}, \ mathrm {refl}}.}

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

Интеграл солнечной освещенности за период времени называется "солнечная экспозиция " или "инсоляция ".

единицы радиометрии СИ.

Радиометрические единицы СИ
v
t
Количество		Единица		Размер	Примечания
Имя	Символ	Имя	Символ	Символ	Примечания
Лучистая энергия	Qe	джоуль	J	M⋅L⋅T	Энергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии	we	джоуль на кубический метр	Дж / м	M⋅L⋅T	Лучистая энергия на единицу объема.
Лучистый поток	Φe	ватт	W = Дж / с	M⋅L⋅T	Излучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения в единицу времени. Иногда это также называют «лучистой мощностью».
Спектральный поток	Φe, ν	ватт на герц	W/Hz	M⋅L⋅T	поток излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт · нм.
Спектральный поток	Φe, λ	ватт на метр	Вт / м	M⋅L⋅T
Интенсивность излучения	Ie, Ом	ватт на стерадиан	W/sr	M⋅L⋅T	радиан t поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый, на единицу телесного угла. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	Ie, Ом, ν	ватт на стерадиан на герц	Вт⋅ср⋅Гц	M⋅L⋅T	Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr⋅nm. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	Ie, Ом, λ	ватт на стерадиан на метр	Вт⋅см	M⋅L⋅T
Сияние	Le, Ом	ватт на стерадиан на квадратный метр	W⋅sr⋅m	M⋅T	Поток излучения, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью, на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная яркость	Le, Ом, ν	ватт на стерадиан на квадратный метр на герц	Вт⋅ср⋅м⋅Гц	M⋅T	Яркость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr⋅m⋅nm. Это направленная величина. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная яркость	Le, Ом, λ	ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр	Вт⋅см	M⋅L⋅T
энергетическая яркость. Плотность потока	Ee	ватт на квадратный метр	Вт / м	M⋅T	Поток излучения, принимаемый поверхностью на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная освещенность. Спектральная плотность потока	Eе, ν	ватт на квадратный метр на герц	Вт · м · Гц	M⋅T	Энергетическая 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 jansky (1 Ян = 10 Вт16мГц) и единицу солнечного потока (1 sfu = 10 Вт⋅мГц = 10 Ян.).
Спектральная освещенность. Спектральная плотность потока	Ee, λ	ватт на квадратный метр на метр	Вт / м	M⋅L⋅T
Радиосветимость	Je	ватт на квадратный метр	Вт / м	M⋅T	Лучистый поток оставляя (излучаемый, отраженный и проходящий) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная светимость	Jе, ν	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м⋅Гц	M⋅T	Светимость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅мнм. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная светимость	Je, λ	ватт на квадратный метр на метр	Вт / м	M⋅L⋅T
тепловая мощность излучения	Me	ватт на квадратный метр	Вт / м	M⋅T	излучающий поток, излучаемый поверхностью на единицу площади. Это излучаемая составляющая излучения. «Излучение» - это старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная светимость	Me, ν	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м⋅Гц	M⋅T	Световая светимость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅мнм. «Спектральный коэффициент излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная светимость	Me, λ	ватт на квадратный метр на метр	Вт / м	M⋅L⋅T
Излучение	He	джоуль на квадратный метр	Дж / м	M⋅T	излучающее энергия, получаемая поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности, интегрированная во времени облучения. Иногда это также называют «сияющим флюенсом».
Спектральная экспозиция	Hе, ν	джоуль на квадратный метр на герц	Дж⋅м⋅Гц	M⋅T	Радиационное облучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅мнм. Иногда это также называют «спектральным флюенсом».
Спектральная экспозиция	He, λ	джоуль на квадратный метр, на метр	Дж / м	M⋅L⋅T
Коэффициент излучения в полусфере	ε	N / A		1	Коэффициент излучения поверхности, деленный на черное тело при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность	εν. or. ελ	N / A		1	Спектральная светимость поверхности, деленная на светимость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность	εΩ	Н / Д		1	Сияние, излучаемое поверхностью, деленное на излучаемое черным телом при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектральная направленная излучательная способность	εОм, ν. or. εОм, λ	Н / Д		1	Спектральная яркость, излучаемая поверхностью, деленная на яркость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Полусферическое поглощение	A	Н / Д		1	Поток излучения, поглощаемый поверхностью, деленный на поток, получаемый этой поверхностью. Не следует путать с «поглощение ».
Спектральное полусферическое поглощение	Aν. or. Aλ	N / A		1	Спектральный поток, поглощаемый поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью. Это не следует путать с «спектральной абсорбцией ».
Направленное поглощение	AΩ	N / A		1	Излучение, поглощаемое поверхностью, деленное на яркость, падающую на эту поверхность. Не следует путать с «поглощение ».
Спектральное направленное поглощение	AОм, ν. or. AОм, λ	Н / Д		1	Спектральная яркость, поглощаемая поверхностью, деленная на спектральную яркость, падающую на эту поверхность. Это не следует путать с «спектральной абсорбцией ».
Коэффициент отражения полусферы	R	Н / Д		1	Излучаемый поток, отраженный поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Спектральный полусферический коэффициент отражения	Rν. or. Rλ	Н / Д		1	Спектральный поток, отраженный поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Коэффициент направленного отражения	RΩ	Н / Д		1	Сияние, отраженное поверхностью, деленное на яркость, полученную этой поверхностью.
Спектральный коэффициент направленного отражения	RОм, ν. or. RОм, λ	Н / Д		1	Спектральная яркость, отраженная поверхностью, деленная на яркость, полученную этой поверхностью.
Полусферический коэффициент пропускания	T	Н / Д		1	Излучаемый поток, передаваемый поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Спектральный полусферический коэффициент пропускания	Tν. or. Tλ	N / A		1	Спектральный поток, передаваемый поверхностью, деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
Направленный коэффициент пропускания	TΩ	Н / П		1	Сияние, передаваемое поверхностью, деленное на получаемое этой поверхностью.
Спектральное направленное пропускание	TОм, ν. or. TОм, λ	Н / Д		1	Спектральная яркость, передаваемая поверхностью, деленная на яркость, принимаемую этой поверхностью.
Коэффициент затухания в полусфере	μ	обратный метр	m	L	Поток излучения, поглощаемый и рассеиваемый объемом на единицу длины, деленный на полученный этим объемом.
Спектральный полусферический коэффициент ослабления	μν. or. μλ	обратный измеритель	m	L	Спектральный лучистый поток, поглощенный и рассеянный объемом на единицу длины, деленный на полученный этим объемом.
Коэффициент направленного ослабления	μΩ	обратный метр	m	L	Излучение, поглощаемое и рассеиваемое объемом на единицу длины, деленное на полученное этим объемом.
Коэффициент направленного спектрального ослабления	μОм, ν. or. μОм, λ	обратный метр	m	L	Спектральная яркость, поглощенная и рассеянная объемом на единицу длины, деленная на полученное этим объемом.
См. Также: SI ·Радиометрия ·Фотометрия

См. Также

Альбедо
Флюенс
Освещенность
Инсоляция
Рассеивание света
Кривая PI (фотосинтез -кривая освещенности)
Азимутальный угол Солнца
Освещенность Солнца
Солнечный полдень
Спектральная плотность потока
Закон Стефана – Больцмана

Ссылки