Sílový tok: Komplexní průvodce

Radiantní tok je termín, který popisuje množství radiální energie vyzařované, odražené, přenesené nebo přijaté objektem za jednotku času. Radiální energie je energie nesena elektromagnetickými vlnami, jako jsou světlo, rádiové vlny, mikrovlny, infračervené záření, ultrafialové záření a rentgenové paprsky. Radiantní tok se také nazývá radiální výkon nebo optický výkon (v případě světla).

Radiantní tok je důležitý pojem v radiometrii, což je věda zabývající se měřením a analýzou elektromagnetického záření. Radiantní tok lze použít k charakterizaci výkonu světelných zdrojů, detektorů, optických komponent a systémů. Může být také použit pro výpočet jiných radiometrických veličin, jako jsou radiální intenzita, radiance, ozáření, radiální emise a radiosita.

V tomto článku vysvětlíme, co je radiantní tok, jak se měří a vypočítává, jak souvisí s jinými radiometrickými a fotometrickými veličinami a jaké jsou jeho aplikace a příklady.

Co je Radiantní Tok?

Radiantní tok je definován jako rychlost změny radiální energie vzhledem k času. Matematicky lze vyjádřit jako:

Kde:

• Φe je radiantní tok ve vattech (W)

• Qe je radiální energie v joulech (J)

• t je čas v sekundách (s)

Radiální energie je celkové množství energie, které je přeneseno elektromagnetickými vlnami přes povrch nebo uvnitř objemu. Může být vyzařována zdrojem (např. žárovkou), odražena povrchem (např. zrcadlem), přenesena skrze médium (např. vzduch nebo sklo) nebo absorbována objektem (např. solární panel).

Radiantní tok může být kladný nebo záporný v závislosti na směru přenosu energie. Například, pokud světelný zdroj vyzařuje 10 W radiantního toku, znamená to, že ztrácí 10 J energie za sekundu. Na druhou stranu, pokud detektor přijme 10 W radiantního toku, znamená to, že získá 10 J energie za sekundu.

Radiantní tok závisí na vlnové délce nebo frekvenci elektromagnetického záření. Různé vlnové délky mají různé energie a interagují s látkou rozdílně. Například viditelné světlo má vyšší energii než infračervené záření a je viditelné lidským okem. Ultrafialové záření má ještě vyšší energii než viditelné světlo a může způsobit opaleni a kůžní rakovinu.

Radiantní tok na jednotku vlnové délky nebo frekvence se nazývá spektrální tok nebo spektrální výkon. Může být označen jako Φe(λ) pro vlnovou délku nebo Φe(ν) pro frekvenci. Celkový radiantní tok v rozmezí vlnových délek nebo frekvencí lze získat integrací spektrálního toku:

Kde:

• λ je vlnová délka v metrech (m)

• ν je frekvence v hertzech (Hz)

• λ1 a λ2 jsou dolní a horní mez vlnové délky

• ν1 a ν2 jsou dolní a horní mez frekvence

Jak se Měří Radiantní Tok?

Radiantní tok lze měřit pomocí různých typů přístrojů nazývaných radiometry. Radiometr se skládá z detektoru, který převádí elektromagnetické záření na elektrický signál, a čtečky, která zobrazuje nebo zaznamenává tento signál.

Detektor může být založen na různých principích, jako jsou tepelné efekty (např. termopila), fotoelektrické efekty (např. fotodioda) nebo kvantové efekty (např. fotomultiplikátor). Detektor může mít různé charakteristiky, jako citlivost, odpověď, lineárnost, dynamický rozsah, hladina šumu, spektrální odpověď, úhlová odpověď a kalibrace.

Čtečka může být analogová nebo digitální a může zobrazovat různé jednotky měření, jako jsou watty, volty, ampery nebo počty. Čtečka může mít také různé funkce, jako rozlišení displeje, přesnost, přesnost, stabilita, vzorkovací frekvence a uložení dat.

Některé příklady radiometrů jsou:

• Pyranometr: měří globální sluneční ozáření (radiantní tok na jednotku plochy od slunce a oblohy) na horizontální ploše

• Pyrhelio