Radianta Fluksa: Kompleta Gvidilo
Radianta fluo estas termino, kiu priskribas la kvanton de radianta energio, kiun objekto emitas, reflektas, transdonas aŭ ricevas en unuotempo. Radianta energio estas la energio, kiun transportas elektromagnetaj ondoj, kiel lumo, radiogvavo, mikroondoj, infrarudaj, ultraviolettaj kaj röntgenraj radioj. Radianta fluo ankaŭ konatas kiel radianta potenco aŭ optika potenco (en la kazo de lumo).
Radianta fluo estas grava koncepto en radiometrio, kiu estas la scienco pri mezurado kaj analizo de elektromagnetaj radiadoj. Radianta fluo povas esti uzata por karakterizi la efikecon de lumfontoj, detektantoj, optikaj komponantoj kaj sistemoj. Ĝi ankaŭ povas esti uzata por kalkuli aliajn radiometriajn kvantojn, kiel radianta intensitato, radianteco, irradiance, radianta ekzito kaj radioso.
En ĉi tiu artikolo, ni klarigos, kio estas radianta fluo, kiel ĝi mezuras kaj kalkulas, kiel ĝi rilatas al aliaj radiometriaj kaj fotometriaj kvantoj, kaj kio estas iuj el ĝiaj aplikoj kaj ekzemploj.
Kio estas Radianta Fluo?
Radianta fluo difiniĝas kiel la ŝanĝrapideco de radianta energio kun respekto al tempo. Matematike, ĝi povas esprimiĝi kiel:
Kie:
Φe estas la radianta fluo en vatotoj (W)
Qe estas la radianta energio en julioj (J)
t estas la tempo en sekundoj (s)
Radianta energio estas la tuta kvanto de energio, kiun transportas elektromagnetaj ondoj tra surfaco aŭ en volumeno. Ĝi povas emitiĝi de fonto (kiel lumbulbo), reflektiĝi de surfaco (kiel spegulo), transdoniĝi tra medio (kiel aero aŭ glaso) aŭ absorbiĝi de objekto (kiel sunpanelo).
Radianta fluo povas esti pozitiva aŭ negativa depende de la direkto de la energitransdonado. Ekzemple, se lumfonto emitas 10 W de radianta fluo, tio signifas, ke ĝi perdas 10 J de energio je sekundo. Aliflanke, se detektanto ricevas 10 W de radianta fluo, tio signifas, ke ĝi akiras 10 J de energio je sekundo.
Radianta fluo dependas de la longo de ondo aŭ frekvenco de la elektromagnetaj radiadoj. Diferentaj longoj de ondo havas malsamajn energiojn kaj interagas malsame kun materio. Ekzemple, videbla lumo havas pli altan energion ol infrarudaj radiadoj kaj povas vidiĝi de homaj okuloj. Ultraviolettaj radiadoj havas eĉ pli altan energion ol videbla lumo kaj povas kaŭzi sunbrulecon kaj skin-kanceron.
La radianta fluo pro unuoto de longo de ondo aŭ frekvenco nomiĝas spektra fluo aŭ spektra potenco. Ĝi povas simboliĝi kiel Φe(λ) por longo de ondo aŭ Φe(ν) por frekvenco. La tuta radianta fluo super gamo de longoj de ondo aŭ frekvencoj povas esti akirita per integralado de la spektra fluo:
Kie:
λ estas la longo de ondo en metroj (m)
ν estas la frekvenco en hercoj (Hz)
λ1 kaj λ2 estas la suba kaj supra limoj de la gamo de longo de ondo
ν1 kaj ν2 estas la suba kaj supra limoj de la gamo de frekvenco
Kiel Mezuras Radiantan Fluon?
Radianta fluo povas esti mezurata per diversaj tipoj de instrumentoj, nomitaj radiometroj. Radiometro konsistas el detektanto, kiu konvertas elektromagnetan radiadon en elektran signalon, kaj legilego, kiu montras aŭ registras la signalon.
La detektanto povas baziĝi sur malsamaj principoj, kiel termaj efektoj (ekz., termopilo), fotoelektraj efektoj (ekz., fotodiodo) aŭ kvantaj efektoj (ekz., fotomultiplikilo). La detektanto ankaŭ povas havi malsamajn karakterizojn, kiel sensibileco, respondemo, lineariteco, dinamika gamo, bru-nivelo, spektra respondo, angula respondo kaj kalibrado.
La legilego povas esti analoga aŭ cifereca kaj povas montri malsamajn unuojn de mezuro, kiel vatotoj, voltoj, amperoj aŭ nombroj. La legilego ankaŭ povas havi malsamajn trajtojn, kiel rezolucio, precizeco, stabileco, provantejo kaj datum-stokado.
Iuj ekzemploj de radiometroj estas:
Piranometro: mezuras tutmondan solan irradiacion (la radiantan fluon pro unuoto de areo de la suno kaj cielo) sur horizontala surfaco
Pirhelometro: mezuras direktan solan irradiacion (la radiantan fluon pro unuoto de areo de la suno nur) sur surfaco normala al la suno
Pirgeometro: mezuras longvondan irradiacion (la radiantan fluon pro unuoto de areo de infrarudaj radiadoj) sur horizontala surfaco
Radiometro: mezuras radiantan fluon de ajna fonto aŭ direkto
Spektro-radiometro: mezuras spektran fluon (la radiantan fluon pro unuoto de longo de ondo aŭ frekvenco) de ajna fonto aŭ direkto
Fotometro: mezuras luminan fluon (la radiantan fluon pezigitan per la senchaveco de la homa okulo) de ajna fonto aŭ direkto.
Kiel Kalkulas Radiantan Fluon?
Radianta fluo povas kalkuliĝi per diversaj formuloj kaj modeloj depende de la tipo kaj geometrio de la fonto, la medio kaj la ricevanto. Iuj el la komunaj formuloj kaj modeloj estas:
Leĝo de Planck: kalkulas la spektran fluon de nigra korpo (idealigita objekto, kiu absorbas kaj emitas ĉiujn longojn de ondo) je donita temperaturo
Leĝo de Stefan-Boltzmann: kalkulas la tutan radiantan fluon de nigra korpo je donita temperaturo
Leĝo de Lambert: kalkulas la radiantan intensitaton (la radiantan fluon pro unuoto de solida angulo) de lambertian fonto (idealigita objekto, kiu emitas aŭ reflektas radiadon egalmeze en ĉiuj direktoj) je donita angulo
Inversa kvadrata leĝo: kalkulas la irradiance (la radiantan fluon pro unuoto de areo) de punkta fonto (idealigita objekto, kiu emitas radiadon de sola punkto) je donita distanco
Leĝo de Beer-Lambert: kalkulas la atenuon (la redukton) de radianta fluo dum ĝi pasas tra absorbada medio
Ekvacioj de Fresnel: kalkulas la reflekton kaj transdonadon de radianta fluo dum ĝi renkontas interfason inter du medioj kun malsamaj refraktilaj indicoj
Leĝo de Snell: kalkulas la refrakcion (la fleksadon) de radianta fluo dum ĝi pasas de unu medio al alia kun malsamaj refraktilaj indicoj
Raleigh-sprucado: kalkulas la sprucadon (la reorientigon) de radianta fluo de partikloj pli malgrandaj ol la longo de ondo de radiado
Mie-sprucado: kalkulas la sprucadon de radianta fluo de partikloj komparigeblaj aŭ pli grandaj ol la longo de ondo de radiado
Kiel Relatas Radianta Fluo al Aliaj Radiometriaj kaj Fotometriaj Kvantoj?
Radianta fluo estas unu el la bazaj radiometriaj kvantoj, kiuj povas uziĝi por derivi aliajn radiometriajn kaj fotometriajn kvantojn. Iuj el la aliaj kvantoj estas:
Radianta intensitato: la radianta fluo pro unuoto de solida angulo emita de punkta fonto en donita direkto. La SI-unuo estas vatoto pro steradiano (W/sr).
Radianteco: la radianta fluo pro unuoto de solida angulo pro projekcia areo emita de surfaco aŭ volumeno en donita direkto. La SI-unuo estas vatoto pro steradiano pro kvadrata metro (W/sr/m2).
Irradiance aŭ radianta eksponado: la radianta fluo pro unuoto de areo incidenta sur surfaco aŭ en volumeno. La SI-unuo estas vatoto pro kvadrata metro (W/m2) aŭ julio pro kvadrata metro (J/m2).
Radianta ekzito aŭ emitado: la radianta fluo pro unuoto de areo emita de surfaco aŭ en volumeno. La SI-unuo estas vatoto pro kvadrata metro (W/m2).
Radioso: la radianta ekzito pluse la reflektita irradiance de surfaco. La SI-unuo estas vatoto pro kvadrata metro (W/m2).
Fotometriaj kvantoj similas al radiometriaj kvantoj, sed ili pezigas la senchavecon de la homa okulo al malsamaj longoj de ondo de lumo. La peziga funkcio nomiĝas luma efikecfunkcio, kaj ĝi havas maksimuman valoron de 683 lm/W je 555 nm. Iuj el la fotometriaj kvantoj estas:
Luma fluo: la radianta fluo pezigita per la luma efikecfunkcio. La SI-unuo estas lumen (lm).
Luma intensitato: la luma fluo pro unuoto de solida angulo emita de punkta fonto en donita direkto. La SI-unuo estas kandelo (cd).
Lumeco: la luma fluo pro unuoto de solida angulo pro projekcia areo emita de surfaco aŭ volumeno en donita direkto. La SI-unuo estas kandelo pro kvadrata metro (cd/m2).
Iluminado aŭ iluminada eksponado: la luma fluo pro unuoto de areo incidenta sur surfaco aŭ en volumeno. La SI-unuo estas luks (lx) aŭ lumen sekundo pro kvadrata metro (lm·s/m2).
Luma ekzito aŭ luma emitado: la luma fluo pro unuoto de areo emita de surfaco aŭ en volumeno. La SI-unuo estas luks (lx).
Lumoseco: la luma ekzito pluse la reflektita iluminado de surfaco. La SI-unuo estas luks (lx).
Kiaj Aplikoj kaj Ekzemploj de Radianta Fluo Estas?
Radianta fluo estas utila kvanto por multaj aplikoj kaj ekzemploj, kiuj implikas elektromagnetajn radiadojn. Iuj el ili estas:
Iluminado: radianta fluo povas uziĝi por mezuri kaj kompari la produktaĵon kaj efikecon de malsamaj tipoj de lumfontoj, kiel inkandescentaj, fluorescentaj, LED aŭ laseraj. Ĝi ankaŭ povas uziĝi por disegni kaj optimigi iluminadsistemojn por malsamaj celoj, kiel interna, ekstera aŭ teatra iluminado.
