Suguline Flux: Ümberikaldav Juhtis
Radiant flux on mõiste, mis kirjeldab koguseid, millega esineb, peegeldub, edastatakse või vastu võetakse objekt poolt ühikuajaga. Radiant energia on energia, mida kannavad elektromagnetilised lained, näiteks valgus, radiolainet, mikrolainet, infrapunane, ultraviolet ja rentgenkiirgused. Radiant fluxit nimetatakse ka radiant võimsuseks või optiliseks võimsuseks (valguse puhul).
Radiant flux on oluline mõiste radiometrias, mis on teadus, mis mõõdab ja analüüsib elektromagnetilisi kiirgusi. Radiant fluxit saab kasutada selleks, et hinnata valguse allikate, detektorite, optiliste komponentide ja süsteemide toimivust. Seda saab kasutada ka teiste radiomeetriliste suuruste arvutamiseks, nagu radiant intensiivsus, radiance, irradiance, radiant väljamõõtmine ja radiosity.
Selles artiklis selgitame, mis on radiant flux, kuidas seda mõõdetakse ja arvutatakse, kuidas see seostub teiste radiomeetriliste ja fotomeetriliste suurustega ning mis on mõned selle rakendused ja näited.
Mis on Radiant Flux?
Radiant flux defineeritakse kui aja suhtes muutuv radiant energia. Matemaatiliselt saab selle väljendada nii:
Kus:
Φe on radiant flux wattides (W)
Qe on radiant energia džouleides (J)
t on aeg sekundites (s)
Radiant energia on kogu energia, mis edastatakse elektromagnetiliste lainete kaudu pinna või ruumi läbi. Seda võib emiteerida allikast (näiteks valguslambilt), peegelda pinna kaudu (näiteks peegel), edastada keskkonna kaudu (näiteks õhu või klaasi) või absorbeerida objekt (näiteks päikeseenergia paneel).
Radiant flux võib olla positiivne või negatiivne sõltuvalt energiate edastamise suunast. Näiteks, kui valguseallikas emiteerib 10 W radiant fluxi, tähendab see, et ta kaotab 10 J energiat sekundis. Teisalt, kui detektor saab 10 W radiant fluxi, tähendab see, et ta võtab vastu 10 J energiat sekundis.
Radiant flux sõltub elektromagnetilise kiirguse lainepikkusest või sagedusest. Erinevad lainepikkused omavad erinevat energiat ja interakteerivad materjaliga erinevalt. Näiteks nähtav valgus omab kõrgemat energiat kui infrapunane kiirgus ja seda saavad näha inimese silmad. Ultraviolettidega omab isegi kõrgemat energiat kui nähtav valgus ja see võib põhjustada päikeseõnetuse ja nahakaankerit.
Radiant flux ühiku lainepikkuse või sageduse kohta nimetatakse spektraalseks fluxiks või spektraalseks võimsuseks. Selle saab tähistada kui Φe(λ) lainepikkuse jaoks või Φe(ν) sageduse jaoks. Kogu lainepikkuste või sageduste vahemiku radiant fluxi saab leida integreerides spektraalset fluxi:
Kus:
λ on lainepikkus meetrites (m)
ν on sagedus herzides (Hz)
λ1 ja λ2 on lainepikkuse vahemiku alumine ja ülemine piir
ν1 ja ν2 on sageduse vahemiku alumine ja ülemine piir
Kuidas Mõõdetakse Radiant Fluxi?
Radiant fluxi saab mõõta mitmesuguste seadmetega, mida nimetatakse radiomeetriteks. Radiomeeter koosneb detektorist, mis teisendab elektromagnetilise kiirguse elektrilise signaalina, ja näitajast, mis näitab või salvestab signaali.
Detektor võib põhineda erinevatel printsiipidel, nagu soojuse mõjud (näiteks termopaar), fotoelektrilised mõjud (näiteks fotodiod) või kvantmehaanilised mõjud (näiteks fotomultiplikaator). Detektor võib omada erinevaid omadusi, nagu tundlikkus, vastavus, lineaarsus, dünaamiline ulatus, müra tase, spektraalne reageerimine, nurkiline reageerimine ja kalibreerimine.
Näitaja võib olla analoogiline või digitaalne ja võib näidata erinevaid mõõtühikuid, nagu vatid, voltid, amperid või loendused. Näitaja võib omada ka erinevaid omadusi, nagu näitmisresolutsioon, täpsus, stabiilsus, proovimissagedus ja andmete säilitamine.
Mõned radiomeetrite näited on:
Piranomeeter: mõõdab globaalset päikese irradiantsi (radiant flux ühiku pindala kohta päikese ja taevast) horisontaalsel pinnal
Pirhelioomeeter: mõõdab otsest päikese irradiantsi (radiant flux ühiku pindala kohta ainult päikese) pinna normaalsena päikese suhtes
Pirgeomeeter: mõõdab pikavalglise irradiantsi (radiant flux ühiku pindala kohta infrapunase kiirgusega) horisontaalsel pinnal
Radiomeeter: mõõdab radiant fluxi igast allikast või suunast
Spektro-radiomeeter: mõõdab spektraalset fluxi (radiant flux ühiku lainepikkuse või sageduse kohta) igast allikast või suunast
Fotomeeter: mõõdab luminous fluxi (radiant flux, kaalutud inimese silmade tundlikkusega) igast allikast või suunast.
Kuidas Arvutatakse Radiant Fluxi?
Radiant fluxi saab arvutada mitmesuguste valemite ja mudelite abil, sõltuvalt allika tüübist, geomeetriast, keskkonnast ja vastuvõtjast. Mõned tavalised valemid ja modelid on:
Plancki seadus: arvutab musta keha (ideaalne objekt, mis absobeerib ja emiteerib kõiki lainepikkusi) spektraalset fluxi antud temperatuuril
Stefani-Boltzmanni seadus: arvutab musta keha kogu radiant fluxi antud temperatuuril
Lamberti kosinuse seadus: arvutab lamberti allika (ideaalne objekt, mis emiteerib või peegeldab kiirgust ühtlaselt kõigisse suundidesse) radiant intensiivsust (radiant flux ühiku steradiaanikohta) antud nurgas
Pöördvõrdeline seadus: arvutab punkti allika (ideaalne objekt, mis emiteerib kiirgust ühest punktist) irradiansti (radiant flux ühiku pindala kohta) antud kaugusel
Beer-Lamberti seadus: arvutab radiant fluxi vähendamist (attenuatsiooni), kui see läbib absorbiveeskonda
Fresneli võrrandid: arvutavad radiant fluxi peegeldumist ja edastumist, kui see kohtab kahe keskkonna vahel, mis omavad erinevat refraktsioonikütjat
Snelli seadus: arvutab radiant fluxi lummimist (katkendit), kui see läbib ühest keskkonnast teise, mis omavad erinevat refraktsioonikütjat
Rayleighi sirgendumine: arvutab radiant fluxi sirgendumist (suuna muutmist) osakesed, mis on väiksemad kui kiirguse lainepikkus
Mie sirgendumine: arvutab radiant fluxi sirgendumist osakesed, mis on võrreldavad või suuremad kui kiirguse lainepikkus
Kuidas Seob Radiant Flux Teisi Radiomeetrilisi ja Fotomeetrilisi Suurusi?
Radiant flux on üks põhiline radiomeetriline suurus, mida saab kasutada, et tuletada teisi radiomeetrilisi ja fotomeetrilisi suurusi. Mõned teised suurused on:
Radiant intensiivsus: radiant flux ühiku steradiaanikohta, mida emiteerib punkti allikas antud suunas. SI ühik on vat steradiaanil (W/sr).
Radiance: radiant flux ühiku steradiaanikohta projitseeritud pindala kohta, mida emiteerib pind või ruum antud suunas. SI ühik on vat steradiaanil ruutmeetri kohta (W/sr/m²).
Irradiance või radiant ekspositsioon: radiant flux ühiku pindala kohta, mis tabatab pinda või asub ruumis. SI ühik on vat ruutmeetri kohta (W/m²) või džoul ruutmeetri kohta (J/m²).
Radiant väljamõõtmine või emissioon: radiant flux ühiku pindala kohta, mida emiteerib pind või asub ruumis. SI ühik on vat ruutmeetri kohta (W/m²).
Radiosity: radiant väljamõõtmine pluss peegeldatud irradiance pind. SI ühik on vat ruutmeetri kohta (W/m²).
Fotomeetrilised suurused on sarnased radiomeetrilistele suurustele, kuid neid kaalitakse inimese silmade tundlikkusega erinevatele valguse lainepikkustele. Kaalufunktsiooni nimetatakse luminous efficacy funktsiooniks, ja tal on maksimaalne väärtus 683 lm/W 555 nm. Mõned fotomeetrilised suurused on:
Luminous flux: radiant flux, kaalutud luminous efficacy funktsiooniga. SI ühik on lümen (lm).
Luminous intensiivsus: luminous flux ühiku steradiaanikohta, mida emiteerib punkti allikas antud suunas. SI ühik on kanndela (cd).
Luminance: luminous flux ühiku steradiaanikohta projitseeritud pindala kohta, mida emiteerib pind või ruum antud suunas. SI ühik on kanndela ruutmeetri kohta (cd/m²).
Illuminance või illuminance ekspositsioon: luminous flux ühiku pindala kohta, mis tabatab pinda või asub ruumis. SI ühik on lux (lx) või lümen sekundi ruutmeetri kohta (lm·s/m²).
Luminous exitance või luminous emittance: luminous flux ühiku pindala kohta, mida emiteerib pind või asub ruumis. SI ühik on lux (lx).
Luminosity: luminous exitance pluss peegeldatud illuminance pind. SI ühik on lux (lx).
Mis on Mõned Rakendused ja Näited Radiant Fluxist?
Radiant flux on kasutusel paljudes rakendustes ja näidetes, mis puudutavad elektromagnetilist kiirgust. Mõned neist on:
Valgustus: radiant fluxi saab kasutada, et mõõta ja võrrelda erinevate valguseallikate väljundit ja efektiivsust, nagu inkubaatorlamp, fluoretsent, LED või lazer. Seda saab
