Flux Radiantis: Guida Comprehensiva
Fluxus radiant est terminus qui describit quantitatem energiae radiantis quae emittitur, reflectitur, transmittitur, vel recipitur ab objecto per unitatem temporis. Energia radians est energia portata per undas electromagnéticas, sicut lux, undae radio, microondae, infrarubrum, ultravioletto, et rai X. Fluxus radiant quoque cognoscitur ut potentia radians vel potentia optica (in casu lucis).
Fluxus radiant est conceptus importantis in radiometria, quae est scientia mensurandi et analysandi radiationem electromagnéticam. Fluxus radiant potest uti ad characterizandum praestantiam fontium luminis, detectorum, componentium opticorum, et systematum. Potest quoque uti ad calculandum alias magnitudines radiometricas, sicut intensitas radians, radiatio, irradiantia, exitantia radians, et radiositas.
In hoc articulo, explicabimus quid sit fluxus radiant, quomodo mensuratur et calculatur, quomodo se relatum habeat ad alias magnitudines radiometricas et photometricas, et quae sint aliquot eius applicationes et exempla.
Quid est Fluxus Radiant?
Fluxus radiant definitur ut celeritas mutationis energiae radiantis respectu temporis. Mathematiciter, exprimi potest ut:
Ubi:
Φe est fluxus radiant in wattis (W)
Qe est energia radians in joules (J)
t est tempus in secundis (s)
Energia radians est summa totalis energiae quae transferitur per undas electromagnéticas super superficiem vel intra volumen. Emitte potest ab fonte (sicut lampada), reflecti ab superficie (sicut speculum), transmitti per medium (sicut aer vel vitrum), vel absorbere ab objecto (sicut panel solaris).
Fluxus radiant positivus esse potest vel negativus secundum directionem transferentis energiae. Exempli gratia, si fons luminis emit 10 W fluxus radiantis, significat quod amittit 10 J energiae per secundum. Altera vice, si detector recipit 10 W fluxus radiantis, significat quod acquirit 10 J energiae per secundum.
Fluxus radiant dependet a longitudine undae vel frequentia radiationis electromagnéticæ. Diversæ longitudines undarum habent diversæ energias et aliter interagunt cum materia. Exempli gratia, lux visibilis habet maiorem energiam quam radiatio infrarubra et videtur oculis humanis. Radiatio ultravioletta habet etiam maiorem energiam quam lux visibilis et potest causare solariem et cancrum cutis.
Fluxus radiant per unitatem longitudinis undae vel frequentiae vocatur fluxus spectralis vel potentia spectralis. Denotari potest Φe(λ) pro longitudine undae vel Φe(ν) pro frequentia. Summa totalis fluxus radiantis per intervallum longitudinum undarum vel frequentiarum obtineri potest integrando fluxum spectrale:
Ubi:
λ est longitudo undae in metris (m)
ν est frequentia in hertz (Hz)
λ1 et λ2 sunt limites inferiores et superiores intervalli longitudinum undarum
ν1 et ν2 sunt limites inferiores et superiores intervalli frequentiarum
Quomodo Mensuratur Fluxus Radiant?
Fluxus radiant mensurari potest variis instrumentis nominatis radiometris. Radiometer constat detectore qui convertit radiationem electromagnéticam in signale electricum et dispositivo ostensorio quod exhibet vel registrat signal.
Detector fundari potest in principiis diversis, sicut effectibus thermicis (exempli gratia, thermopila), effectibus photoelectricis (exempli gratia, photodiode), vel effectibus quantalibus (exempli gratia, photomultiplicator tubus). Detector quoque habere potest diversas proprietates, sicut sensibilitatem, responsivitatem, linearitatem, rangum dynamicum, nivellum soni, responsionem spectralis, responsionem angularis, et calibrationem.
Dispositivum ostensorium esse potest analogum vel digitalem et monstrare potest diversas unitates mensurationis, sicut wattos, voltos, amperes, vel numeros. Dispositivum ostensorium quoque habere potest diversas proprietates, sicut resolutionem ostensionis, accurate, precisionem, stabilitatem, ratem sampling, et memoriam datarum.
Exempla radiometrorum sunt:
Pyranometer: mensurat irradiationem solaris globalem (fluxus radiantis per unitatem areæ a sole et caelo) super superficiem horizontalis
Pyrheliometer: mensurat irradiationem solaris directam (fluxus radiantis per unitatem areæ a sole tantum) super superficiem normalis ad solem
Pyrgeometer: mensurat irradiationem longwave (fluxus radiantis per unitatem areæ a radiatione infrarubra) super superficiem horizontalis
Radiometer: mensurat fluxum radiantis ab ullo fonte vel directione
Spectroradiometer: mensurat fluxum spectrale (fluxus radiantis per unitatem longitudinis undae vel frequentiae) ab ullo fonte vel directione
Photometer: mensurat fluxum luminosum (fluxus radiantis ponderatus per sensitivitatem oculi humani) ab ullo fonte vel directione.
Quomodo Calculatur Fluxus Radiant?
Fluxus radiant calculari potest variis formulis et modellis secundum typum et geometriam fontis, medium, et receptor. Aliquae communes formule et modellos sunt:
Lex Planck: calculat fluxum spectrale corporis nigri (objecti idealis qui absorbet et emit omnes longitudines undarum radiationis) ad datam temperaturam
Lex Stefan-Boltzmann: calculat summa fluxum radiantis corporis nigri ad datam temperaturam
Lex Lambert: calculat intensitatem radiantis (fluxus radiantis per unitatem solidi anguli) fontis lambertiani (objecti idealis qui emit vel reficit radiationem aequaliter in omnibus directionibus) ad datum angulum
Lex inversa-quadrata: calculat irradiantiam (fluxus radiantis per unitatem areæ) fontis punctiformis (objecti idealis qui emit radiationem ex unico puncto) ad datum spatium
Lex Beer-Lambert: calculat attenuationem (reductionem) fluxus radiantis dum transit per medium absorbens
Aequationes Fresnel: calculant reflectionem et transmissionem fluxus radiantis quando occurrunt interface inter duo media cum differentibus indicibus refringendi
Lex Snell: calculat refractionem (flexionem) fluxus radiantis dum transit ab uno medio ad alterum cum differentibus indicibus refringendi
Scattering Rayleigh: calculat scattering (redirectionem) fluxus radiantis a particulis minoribus quam longitudo undae radiationis
Scattering Mie: calculat scattering fluxus radiantis a particulis comparabilibus vel majoribus quam longitudo undae radiationis
Quomodo Se Relatum Habet Fluxus Radiant ad Alias Magnitudines Radiometricas et Photometricas?
Fluxus radiant est una ex basicis magnitudinibus radiometricis quae uti possunt ad derivandas alias magnitudines radiometricas et photometricas. Aliquae aliae magnitudines sunt:
Intensitas radians: fluxus radiantis per unitatem solidi anguli emissus ab fonte punctiformi in data directione. Unitas SI est watt per steradian (W/sr).
Radiatio: fluxus radiantis per unitatem solidi anguli per unitatem areæ projectæ emissus ab superficie vel volumine in data directione. Unitas SI est watt per steradian per quadratum metrum (W/sr/m2).
Irradiantia vel exposito radiante: fluxus radiantis per unitatem areæ incidentis super superficiem vel intra volumen. Unitas SI est watt per quadratum metrum (W/m2) vel joule per quadratum metrum (J/m2).
Exitantia radians vel emittantia: fluxus radiantis per unitatem areæ emissus ab superficie vel intra volumen. Unitas SI est watt per quadratum metrum (W/m2).
Radiositas: exitantia radians plus irradiantia reflecta superficiei. Unitas SI est watt per quadratum metrum (W/m2).
Magnitudines photometricae similes sunt magnitudinibus radiometricis, sed ponderantur per sensitivitatem oculi humani ad diversas longitudines undarum luminis. Functio ponderativa dicitur functio efficacitatis luminosæ, et habet maximam valorem 683 lm/W ad 555 nm. Aliquae magnitudines photometricae sunt:
Fluxus luminosus: fluxus radiantis ponderatus per functionem efficacitatis luminosæ. Unitas SI est lumen (lm).
Intensitas luminosa: fluxus luminosus per unitatem solidi anguli emissus ab fonte punctiformi in data directione. Unitas SI est candela (cd).
Luminantia: fluxus luminosus per unitatem solidi anguli per unitatem areæ projectæ emissus ab superficie vel volumine in data directione. Unitas SI est candela per quadratum metrum (cd/m2).
Illuminantia vel exposito illuminante: fluxus luminosus per unitatem areæ incidentis super superficiem vel intra volumen. Unitas SI est lux (lx) vel lumen secundum per quadratum metrum (lm·s/m2).
Exitantia luminosa vel emittantia: fluxus luminosus per unitatem areæ emissus ab superficie vel intra volumen. Unitas SI est lux (lx).
Luminositas: exitantia luminosa plus illuminantia reflecta superficiei. Unitas SI est lux (lx).
Quae Sunt Applicationes et Exempla Fluxus Radiantis?
Fluxus radiant est quantitas utilis multis applicationibus et exemplis quae involvunt radiationem electromagnéticam. Quaedam eorum sunt:
Luminatio: fluxus radiant uti potest ad mensurandum et comparandum output et efficientiam diversorum fontium luminis, sicut incandescentium, fluorescentium, LED, vel laser. Uti potest quoque ad designandum et optimizandum systemata luminaria pro diversis scopis, sicut indoor, outdoor, vel theatricum.
Energia solaris: fluxus radiant uti potest ad mensurandum et estimandum quantitatem radiationis solaris quae attingit superficiem terrae vel panem solarem. Uti potest quoque ad calculandum potentiam et output cellula et systematum solarium.
Sensus remotus: fluxus radiant uti potest ad mensurandum et analysandum proprietates et characteres objectorum et phaenomenorum de longe, sicut temperaturam, compositionem, vegetationem, pollutionem, meteorologiam, vel climatem. Uti potest quoque ad creandum imagines et cartas terrae vel aliorum corporum coelestium usura satellitorum vel telescopiorum.
Communicatio optica: fluxus radiant uti potest ad mensurandum et optimizandum praestantiam et capacitate systematum communicationis opticae, sicut fibrae opticae, liberae spati opticae, vel optica wireless. Uti potest quoque ad codificandum et transmittendum informationem usura diversarum technicarum modulationis, sicut amplitude, frequentia, vel phase.
Technologia laser: fluxus radiant uti potest ad mensurandum et controlandum output et qualitatem fascium laser, sicut potentiam, intensitatem, divergence, coherentiam, polarizationem, vel modum. Uti potest quoque ad creandum et manipulandum variis effectibus et phaenomenis usura laser, sicut sectionem, coniunctionem, foramen, inscriptionem, impressionem, scanning, chirurgiam, holographiam, vel spectroscopiam.
