Sagisag ng Lumilipas na Liwanag: Isang Komprehensibong Gabay

Ang radiant flux ay isang termino na naglalarawan ng halaga ng radiant energy na inilalabas, naire-reflect, na-transmit, o natanggap ng isang bagay kada yunit ng oras. Ang radiant energy ay ang enerhiya na dinala ng mga electromagnetic waves, tulad ng liwanag, radio waves, microwaves, infrared, ultraviolet, at X-rays. Ang radiant flux ay kilala rin bilang radiant power o optical power (sa kaso ng liwanag).

Ang radiant flux ay isang mahalagang konsepto sa radiometry, na siyang agham ng pagsukat at pag-aanalisa ng electromagnetic radiation. Ang radiant flux ay maaaring gamitin upang ilarawan ang performance ng mga light sources, detectors, optical components, at systems. Maaari din itong gamitin upang makalkula ang iba pang radiometric quantities, tulad ng radiant intensity, radiance, irradiance, radiant exitance, at radiosity.

Sa artikulong ito, ipaliwanag namin kung ano ang radiant flux, paano ito sinusukat at nakakalkula, paano ito may ugnayan sa iba pang radiometric at photometric quantities, at ano ang ilan sa mga aplikasyon at halimbawa nito.

Ano ang Radiant Flux?

Ang radiant flux ay inilalarawan bilang ang rate of change ng radiant energy sa loob ng oras. Matematikal, maaari itong ipahayag bilang:

Kung saan:

• Φe ang radiant flux sa watts (W)

• Qe ang radiant energy sa joules (J)

• t ang oras sa seconds (s)

Ang radiant energy ay ang kabuuang halaga ng enerhiya na nailipat ng mga electromagnetic waves sa ibabaw o sa loob ng isang volume. Ito ay maaaring inilabas ng isang source (tulad ng light bulb), naire-reflect ng isang ibabaw (tulad ng mirror), na-transmit sa pamamagitan ng isang medium (tulad ng hangin o buntot-pusa), o na-absorb ng isang bagay (tulad ng solar panel).

Ang radiant flux ay maaaring positibo o negatibo depende sa direksyon ng transfer ng enerhiya. Halimbawa, kung isang light source ay inilabas 10 W ng radiant flux, ibig sabihin ito ay nawalan ng 10 J ng enerhiya kada segundo. Sa kabilang banda, kung isang detector ay natanggap 10 W ng radiant flux, ibig sabihin ito ay nakuhang 10 J ng enerhiya kada segundo.

Ang radiant flux ay depende sa wavelength o frequency ng electromagnetic radiation. May iba't ibang wavelengths na may iba't ibang energies at iba't ibang paraan ng pakikipag-ugnayan sa matter. Halimbawa, ang visible light ay may mas mataas na enerhiya kaysa sa infrared radiation at maaaring makita ng mga mata ng tao. Ang ultraviolet radiation ay may mas mataas na enerhiya kaysa sa visible light at maaaring magdulot ng sunburn at cancer sa balat.

Ang radiant flux kada unit wavelength o frequency ay tinatawag na spectral flux o spectral power. Ito ay maaaring ipahayag bilang Φe(λ) para sa wavelength o Φe(ν) para sa frequency. Ang kabuuang radiant flux sa isang range ng wavelengths o frequencies ay maaaring makalkula sa pamamagitan ng pag-integrate ng spectral flux:

Kung saan:

• λ ang wavelength sa meters (m)

• ν ang frequency sa hertz (Hz)

• λ1 at λ2 ang lower at upper limits ng wavelength range

• ν1 at ν2 ang lower at upper limits ng frequency range

Paano Sinusukat ang Radiant Flux?

Maaaring sukatin ang radiant flux gamit ang iba't ibang uri ng instrumento na tinatawag na radiometers. Ang radiometer ay binubuo ng isang detector na naghuhuli ng electromagnetic radiation at nagsasalin ito sa isang electrical signal at isang readout device na nagpapakita o nagrerecord ng signal.

Ang detector ay maaaring batay sa iba't ibang prinsipyos, tulad ng thermal effects (hal. thermopile), photoelectric effects (hal. photodiode), o quantum effects (hal. photomultiplier tube). Ang detector ay maaaring may iba't ibang characteristics, tulad ng sensitivity, responsivity, linearity, dynamic range, noise level, spectral response, angular response, at calibration.

Ang readout device ay maaaring analog o digital at maaaring ipakita ang iba't ibang units of measurement, tulad ng watts, volts, amperes, o counts. Ang readout device ay maaaring may iba't ibang features, tulad ng display resolution, accuracy, precision, stability, sampling rate, at data storage.

Ilang halimbawa ng radiometers ay:

• Pyranometer: sumusukat ng global solar irradiance (ang radiant flux kada unit area mula sa araw at langit) sa isang horizontal surface

• Pyrheliometer: sumusukat ng direct solar irradiance (ang radiant flux kada unit area mula sa araw lamang) sa isang surface na normal sa araw

• Pyrgeometer: sumusukat ng longwave irradiance (ang radiant flux kada unit area mula sa infrared radiation) sa isang horizontal surface

• Radiometer: sumusukat ng radiant flux mula sa anumang source o direksyon

• Spectroradiometer: sumusukat ng spectral flux (ang radiant flux kada unit wavelength o frequency) mula sa anumang source o direksyon

• Photometer: sumusukat ng luminous flux (ang radiant flux na may timbang ng sensitibidad ng mata ng tao) mula sa anumang source o direksyon.

Paano Nakakalkula ang Radiant Flux?

Maaaring ikalkula ang radiant flux gamit ang iba't ibang formulas at models depende sa tipo at geometry ng source, ang medium, at ang receiver. Ilang karaniwang formulas at models ay:

• Planck’s law: nakakalkula ng spectral flux ng black body (isang idealized object na sumasang-ayon at inilalabas lahat ng wavelengths ng radiation) sa isang ibinigay na temperatura

• Stefan-Boltzmann law: nakakalkula ng kabuuang radiant flux ng black body sa isang ibinigay na temperatura

• Lambert’s cosine law: nakakalkula ng radiant intensity (ang radiant flux kada unit solid angle) ng isang lambertian source (isang idealized object na inilalabas o naire-reflect ang radiation equally sa lahat ng direksyon) sa isang ibinigay na angle

• Inverse-square law: nakakalkula ng irradiance (ang radiant flux kada unit area) ng isang point source (isang idealized object na inilalabas ang radiation mula sa single point) sa isang ibinigay na layo

• Beer-Lambert law: nakakalkula ng attenuation (ang pagbabawas) ng radiant flux habang ito ay dumadaan sa isang absorbing medium

• Fresnel equations: nakakalkula ng reflection at transmission ng radiant flux habang ito ay nakakarating sa isang interface sa pagitan ng dalawang media na may iba't ibang refractive indices

• Snell’s law: nakakalkula ng refraction (ang pagbend) ng radiant flux habang ito ay dumadaan mula sa isang medium patungo sa isa pa na may iba't ibang refractive indices

• Rayleigh scattering: nakakalkula ng scattering (ang pag-redirek) ng radiant flux ng mga particles na mas maliit kaysa sa wavelength ng radiation

• Mie scattering: nakakalkula ng scattering ng radiant flux ng mga particles na katumbas o mas malaki kaysa sa wavelength ng radiation

Paano Umiuugnay ang Radiant Flux sa Iba Pang Radiometric at Photometric Quantities?

Ang radiant flux ay isa sa mga basic radiometric quantities na maaaring gamitin upang makalkula ang iba pang radiometric at photometric quantities. Ilang iba pang quantities ay:

• Radiant intensity: ang radiant flux kada unit solid angle na inilabas ng isang point source sa isang ibinigay na direksyon. Ang SI unit ay watt per steradian (W/sr).

• Radiance: ang radiant flux kada unit solid angle kada projected area na inilabas ng isang surface o volume sa isang ibinigay na direksyon. Ang SI unit ay watt per steradian per square meter (W/sr/m2).

• Irradiance o radiant exposure: ang radiant flux kada unit area na incident sa isang surface o sa loob ng isang volume. Ang SI unit ay watt per square meter (W/m2) o joule per square meter (J/m2).

• Radiant exitance o emittance: ang radiant flux kada unit area na inilabas ng isang surface o sa loob ng isang volume. Ang SI unit ay watt per square meter (W/m2).

• Radiosity: ang radiant exitance plus ang reflected irradiance ng isang surface. Ang SI unit ay watt per square meter (W/m2).

Ang photometric quantities ay katulad ng radiometric quantities, ngunit sila ay may timbang ng sensitibidad ng mata ng tao sa iba't ibang wavelengths ng liwanag. Ang weighting function ay tinatawag na luminous efficacy function, at ito ay may maximum value ng 683 lm/W sa 555 nm. Ilang photometric quantities ay:

• Luminous flux: ang radiant flux na may timbang ng luminous efficacy function. Ang SI unit ay lumen (lm).

• Luminous intensity: ang luminous flux kada unit solid angle na inilabas ng isang point source sa isang ibinigay na direksyon. Ang SI unit ay candela (cd).

• Luminance: ang luminous flux kada unit solid angle kada projected area na inilabas ng isang surface o volume sa isang ibinigay na direksyon. Ang SI unit ay candela per square meter (cd/m2).

• Illuminance o illuminance exposure: ang luminous flux kada unit area na incident sa isang surface o sa loob ng isang volume. Ang SI unit ay lux (lx) o lumen second per square meter (lm·s/m2).

• Luminous exitance o luminous emittance: ang luminous flux kada unit area na inilabas ng isang surface o sa loob ng isang volume. Ang SI unit ay lux (lx).

• Luminosity: ang luminous exitance plus ang reflected illuminance ng isang surface. Ang SI unit ay lux (lx).

Ano ang Ilang Aplikasyon at Halimbawa ng Radiant Flux?

Ang radiant flux ay isang useful quantity para sa maraming aplikasyon at halimbawa na may kaugnayan sa electromagnetic radiation. Ilang halimbawa nito ay:

• Lighting: maaaring gamitin ang radiant flux upang sukatin at ikumpara ang output at efficiency ng iba't ibang uri ng light sources, tulad ng incandescent, fluorescent, LED, o laser. Maaari rin itong gamitin upang disenyan at optimize ang lighting systems para sa iba't ibang layunin, tulad ng indoor, outdoor, o theatrical lighting.

• Solar energy: maaaring gamitin ang radiant flux upang sukatin at tantiyahin ang halaga ng solar radiation na umabot sa Earth’s surface o solar panel. Maaari rin itong gamitin upang makalkula ang power at energy output ng solar cells at systems.

• Remote sensing: maaaring gamitin ang radiant flux upang sukatin at analisin ang properties at characteristics ng mga bagay at phenomena mula sa layo, tulad ng temperature, composition, vegetation, pollution, weather, o climate. Maaari rin itong gamitin upang lumikha ng mga imahe at mapa ng Earth o iba pang celestial bodies gamit ang satellites o telescopes.

• Optical communication: maaaring gamitin ang radiant flux upang sukatin at optimize ang performance at capacity ng optical communication systems, tulad ng fibre optics, free-space optics, o optical wireless. Maaari rin itong gamitin upang encode at transmit information gamit ang iba't ibang modulation techniques, tulad ng amplitude, frequency, o phase modulation.

• Laser technology: maaaring gamitin ang radiant flux upang sukatin at kontrolin ang output at quality ng laser beams, tulad ng power, intensity, divergence, coherence, polarization, o mode. Maaari rin itong gamitin upang lumikha at manipularin ang iba't ibang epekto at phenomena gamit ang lasers, tulad ng cutting, welding, drilling, engraving, printing, scanning