Радианттық Ағым: Толығымен Басталу
Радианттық ағым - бұл кезекті уақыт ішінде жарық, радио толқыналары, микротолқыналар, инфракызыл, ультрабылар, рентген толқыналары сияқты электромагниттік толқыналар арқылы жеткізілетін, жарылатын, көрсетілетін немесе алынатын радианттық энергияның мөлшерін сипаттайтын термин. Радианттық ағым әдетте радианттық энергия немесе оптикалық энергия деп те аталады (жарық үшін).
Радианттық ағым - бұл электромагниттік толқындарды өлшеу және талдау ғымыры болып табылады. Радианттық ағым жарық басқармалары, детекторлар, оптикалық компоненттер мен системалардың жұмысын сипаттау үшін қолданылады. Ол сондай-ақ басқа радиометрикалық шамаларды, мисалы, радианттық интенсивтілік, радианс, иррадиация, радианттық шығыс, радиосын есептеу үшін қолданылады.
Бұл мақалада биз радианттық ағымдың не екенін, оны қалай өлшенеді және есептеледі, оның басқа радиометрикалық және фотометрикалық шамалармен қандай байланысты, оның қандай қолданылуы және мысалдарын түсіндіреміз.
Радианттық ағым деген не?
Радианттық ағым - бұл уақытқа қатысты радианттық энергияның өзгеру темпі. Математикалық түрде оны былай жазуға болады:
Мұнда:
Φe - ватт (В) өлшем бірлігінде радианттық ағым
Qe - джоуль (Дж) өлшем бірлігінде радианттық энергия
t - секунд (с) өлшем бірлігінде уақыт
Радианттық энергия - бұл бетке немесе көлемге қарай электромагниттік толқыналар арқылы жеткізілетін энергияның жалпы мөлшері. Бұл энергия басқармалар (мисалы, жарық лампа), беттер (мисалы, айна), медианы (мисалы, ауа немесе стекло) арқылы жарылатын, көрсетілетін, өткізілетін немесе алған объект (мисалы, күн энергиясы панелі) арқылы жеткізілетін болуы мүмкін.
Энергияның өту бағытына байланысты радианттық ағым теріс немесе оң болуы мүмкін. Мысалы, егер жарық басқарма 10 В радианттық ағымды жарылса, бұл оның секунд сайын 10 Дж энергиясын жоюын білдіреді. Сол сияқты, егер детектор 10 В радианттық ағымды алса, бұл оның секунд сайын 10 Дж энергиясын алуын білдіреді.
Радианттық ағым электромагниттік толқындың длинасы немесе дауыстарына байланысты. Әртүрлі длинасы бар толқыналар әртүрлі энергияға ие және затпен әртүрлі түрде әсер етеді. Мысалы, көру мүмкін жарық инфракызыл толқыннан жоғары энергияға ие және адам көздерінің көру мүмкіндігінің артында. Ультрабылар жарықтан да жоғары энергияға ие және күн жаныны және жеңілдікті пайда көрсетеді.
Длина немесе дауыстың бір бірлігіне қатысты радианттық ағым спектральды ағым немесе спектральды энергия деп аталады. Оны λ үшін Φe(λ) немесе ν үшін Φe(ν) деп белгілейді. Длина немесе дауыстың диапазонындағы жалпы радианттық ағым спектральды ағымды интегралдау арқылы алуға болады:
Мұнда:
λ - метр (м) өлшем бірлігінде длина
ν - гертц (Гц) өлшем бірлігінде дауыс
λ1 және λ2 - длина диапазонының төменгі және жоғарғы шекаралары
ν1 және ν2 - дауыс диапазонының төменгі және жоғарғы шекаралары
Радианттық ағым қалай өлшенеді?
Радианттық ағым әртүрлі түрлі приборлар арқылы өлшенеді, оларды радиометрлер деп атайды. Радиометр - бұл электромагниттік толқындарды электр сигналына айналдыратын детектор және сигналды көрсететін немесе түсінетін чыгу құрылғысы болатын прибор.
Детектор термодействие (мисалы, термопила), фотоэлектрик эффект (мисалы, фотодиод) немесе кванттық эффект (мисалы, фотомультипликатор трубка) принциптеріне негізделген болуы мүмкін. Детектор сенімділік, жауапкершілік, сызықтықтық, динамикалық диапазон, шум деңгейі, спектралдық жауап, бұрыштық жауап және эталондау сияқты өзара айырмашылықтары болуы мүмкін.
Чыгу құрылғысы аналогты немесе цифрылық болуы мүмкін, ол ватт, вольт, ампер немесе санау өлшем бірліктерін көрсетуі мүмкін. Чыгу құрылғысы дисплейдің анықтамасы, дәлдік, тәуелсіздік, стабилдік, семплерлену қуаты және деректерді сақтау сияқты өзара айырмашылықтары болуы мүмкін.
Радиометрлердің бірнеше мысалдары:
Пираниметр: горизонталь бетке жарық қуатын (күн және тараза үшін бір бірлік ауданына радианттық ағым) өлшенеді
Пирелиметр: күн үшін бір бірлік ауданына радианттық ағым (күннің тікелей қуаты) өлшенеді
Пиргеметр: горизонталь бетке инфракызыл толқындар үшін бір бірлік ауданына радианттық ағым өлшенеді
Радиометр: әртүрлі басқару немесе бағытта радианттық ағым өлшенеді
Спектрорадиометр: әртүрлі басқару немесе бағытта спектральды ағым (бір бірлік длина немесе дауыс үшін радианттық ағым) өлшенеді
Фотометр: адам көздерінің сезімдеріне байланысты әртүрлі басқару немесе бағытта жарық қуаты өлшенеді.
Радианттық ағым қалай есептеледі?
Радианттық ағым басқару, медиа және қабылдаушының түрі мен геометриясына байланысты әртүрлі формулалар мен моделдер арқылы есептеледі. Негізгі формулалар мен моделдер:
Планк заңы: берілген температурдағы ақ тіпті басқару (барлық толқындарды жарылатын және қабылдайтын идеалды обьект) үшін спектральды ағымды есептейді
Стефан-Больцман заңы: берілген температурдағы ақ тіпті басқару үшін жалпы радианттық ағымды есептейді
Ламберт косинус заңы: берілген бұрыштағы ламберттік басқару (барлық бағыттарда тең өлшемді жарылатын немесе көрсетілетін идеалды обьект) үшін радианттық интенсивтілікті (бір бірлік стерадиан үшін радианттық ағым) есептейді
Кері квадрат заңы: берілген қашықтықтағы нүктесі басқару (бір нүктеден жарылатын идеалды обьект) үшін иррадиацияны (бір бірлік аудан үшін радианттық ағым) есептейді
Бир-Ламберт заңы: радианттық ағымдың абсорбциялық медиа арқылы өткенде азайуын (басынуын) есептейді
Френель теңдеулері: радианттық ағымдың әртүрлі рефрактивдік индексі бар медиа арасындағы интерфейсмен кездескенде оның көрсетілуін және өткенін есептейді
Снелл заңы: радианттық ағымдың әртүрлі рефрактивдік индексі бар медиа арқылы өткенде оның рефракциясын (бұрылуын) есептейді
Рейли рассеяние: радианттық ағымдың радиацияның длинасынан кішірек частикалар арқылы оның рассеяние (басылуы) есептейді
Ми рассеяние: радианттық ағымдың радиацияның длинасына тең немесе үлкен частикалар арқылы оның рассеяние есептейді
Радианттық ағым басқа радиометрикалық және фотометрикалық шамалармен қалай байланысады?
Радианттық ағым - бұл басқа радиометрикалық және фотометрикалық шамаларды шығару үшін пайдаланылатын негізгі радиометрикалық шама. Басқа шамалар:
Радианттық интенсивтілік: нүктесі басқару үшін берілген бағытта бір бірлік стерадиан үшін радианттық ағым. СИ бірлігі - ватт на стерадиан (В/ср).
Радианс: поверхность немесе көлемнің берілген бағытта бір бірлік проекцияланған аудан үшін бір бірлік стерадиан үшін радианттық ағым. СИ бірлігі - ватт на стерадиан на квадрат метр (В/ср/м²).
Иррадиация немесе радианттық экспозиция: поверхность немесе көлемге қарай бір бірлік аудан үшін радианттық ағым. СИ бірлігі - ватт на квадрат метр (В/м²) немесе джоуль на квадрат метр (Дж/м²).
Радианттық шығыс немесе эмиссия: поверхность немесе көлемнің бір бірлік аудан үшін радианттық ағым. СИ бірлігі - ватт на квадрат метр (В/м²).
Радиосы: поверхностьнің радианттық шығысы және көрсетілетін иррадиациясы. СИ бірлігі - ватт на квадрат метр (В/м²).
