Зрачна флукс: Комплетен водич
Радијантниот поток е термин кој опишува количината на радијантна енергија што се испушта, одразува, пренесува или прифатува од еден објект по единица време. Радијантната енергија е енергијата носена од електромагнетни волни, како светлина, радиоволни, микролукови, инфрацрвени, ултравиолетни и рентгенски зраци. Радијантниот поток исто така е познат како радијантна моќ или оптичка моќ (во случај на светлина).
Радијантниот поток е важен концепт во радиометријата, која е науката за мерење и анализа на електромагнетно излучување. Радијантниот поток може да се користи за карактеризирање на перформансите на извори на светлина, детектори, оптички компоненти и системи. Исто така, може да се користи за пресметка на други радиометриски величини, како што се радијантна интензитет, радијанса, ирацијанса, радијантна емисија и радиозија.
Во оваа статија, ќе го објасниме што е радијантен поток, како се мери и пресметува, како се поврзува со други радиометриски и фотоветриски величини, и што се некои од неговите применувања и примери.
Што е Радијантен Поток?
Радијантниот поток е дефиниран како брзина на промена на радијантна енергија во однос на времето. Математички, може да се изрази како:
Каде:
Φe е радијантниот поток во вати (W)
Qe е радијантната енергија во джоули (J)
t е временото во секунди (s)
Радијантната енергија е вкупната количина на енергија што се пренесува со електромагнетни волни над површина или во волумен. Таа може да се испушта од извор (како лампа), одразена од површина (како огледало), пренесена низ средина (како воздух или стакло) или апсорбирана од објект (како сончев панел).
Радијантниот поток може да биде позитивен или негативен во зависност од правецот на пренесување на енергијата. На пример, ако извор на светлина испушта 10 Вт радијантен поток, тоа значи дека губи 10 Ј енергија по секунда. Од друга страна, ако детектор го прифаќа 10 Вт радијантен поток, тоа значи дека го добива 10 Ј енергија по секунда.
Радијантниот поток зависи од таласната должина или фреквенцијата на електромагнетното излучување. Различни таласни должини имаат различни енергии и посебно се интерактираат со материјата. На пример, видливата светлина има повеќе енергија од инфрацрвеното излучување и може да се види со човечките очи. Ултравиолетното излучување има уште повеќе енергија од видливата светлина и може да предизвика слонежна горка и рак на кожата.
Радијантниот поток по единица таласна должина или фреквенција се нарекува спектрален поток или спектрална моќ. Тој може да се означи како Φe(λ) за таласна должина или Φe(ν) за фреквенција. Вкупниот радијантен поток над опсег на таласни должини или фреквенции може да се добие со интеграција на спектралниот поток:
Каде:
λ е таласната должина во метри (m)
ν е фреквенцијата во херц (Hz)
λ1 и λ2 се долниот и горниот лимес на опсегот на таласната должина
ν1 и ν2 се долниот и горниот лимес на опсегот на фреквенцијата
Како се Мери Радијантниот Поток?
Радијантниот поток може да се мери со различни типови на инструменти наречени радиометри. Радиометарот се состои од детектор кој конвертира електромагнетно излучување во електричен сигнал и уред за прикажување кој го прикажува или записува сигналот.
Детекторот може да биде базиран на различни принципи, како термички ефекти (на пр. термопила), фотоелектрични ефекти (на пр. фотодиод) или квантни ефекти (на пр. фотомултипликаторска трка). Детекторот исто така може да има различни карактеристики, како осетливост, одговорност, линеарност, динамичен опсег, ниво на шум, спектрален одговор, аголен одговор и калибрација.
Уредот за прикажување може да биде аналоген или дигитален и може да покаже различни мерни единици, како вати, волти, ампери или бројки. Уредот за прикажување исто така може да има различни карактеристики, како разрешување на приказ, точност, прецизност, стабилност, фреквенција на узоркување и складирање на податоци.
Некои примери на радиометри се:
Пираниометар: мери глобалната сончева ирацијанса (радијантниот поток по единица површина од сонце и небо) на хоризонтална површина
Пирхелиометар: мери директната сончева ирацијанса (радијантниот поток по единица површина само од сонце) на површина нормална на сонцето
Пиргеометар: мери долговолната ирацијанса (радијантниот поток по единица површина од инфрацрвено излучување) на хоризонтална површина
Радиометар: мери радијантен поток од било кој извор или насока
Спектрорадиометар: мери спектрален поток (радијантниот поток по единица таласна должина или фреквенција) од било кој извор или насока
Фотометар: мери светлински поток (радијантниот поток вештачено со осетливоста на човечкото око) од било кој извор или насока.
Како се Пресметува Радијантниот Поток?
Радијантниот поток може да се пресмета со различни формули и модели во зависност од типот и геометријата на изворот, средината и примачот. Некои од најчестите формули и модели се:
Законот на Планк: пресметува спектралниот поток на црно тело (идеализиран објект кој апсорбира и испушта сите таласни должини на излучување) при дадена температура
Законот на Стефан-Болцман: пресметува вкупниот радијантен поток на црно тело при дадена температура
Законот на Ламберт: пресметува радијантната интензитет (радијантниот поток по единица солиден агол) на ламбертијански извор (идеализиран објект кој испушта или одразува излучување еднакво во сите насоки) при даден агол
Обратен закон на квадрат: пресметува ирацијансата (радијантниот поток по единица површина) на точков извор (идеализиран објект кој испушта излучување од една точка) при дадено растојание
Законот на Бир-Ламберт: пресметува атенијацијата (зголемувањето) на радијантен поток додека минува низ апсорбирачка средина
Фреснелови равенки: пресметува одразувањето и пренесувањето на радијантен поток додека се среќава интерфејс меѓу две медиуми со различни рефрактивни индекси
Законот на Снел: пресметува рефракцијата (изкривувањето) на радијантен поток додека минува од една средина до друга со различни рефрактивни индекси
Релеевско рассеявање: пресметува рассеявањето (преусмерувањето) на радијантен поток од честички помали од таласната должина на излучување
Миево рассеявање: пресметува рассеявањето на радијантен поток од честички сравнима или поголеми од таласната должина на излучување
Како се Врзе Радијантниот Поток со Други Радиометриски и Фотоветриски Величини?
Радијантниот поток е една од основните радиометриски величини кои можат да се користат за изведување на други радиометриски и фотоветриски величини. Некои од другите величини се:
Радијантна интензитет: радијантниот поток по единица солиден агол испуштен од точков извор во дадена насока. SI единица е ват по стерадијан (W/sr).
Радијанса: радијантниот поток по единица солиден агол по единица проектувана површина испуштен од површина или волумен во дадена насока. SI единица е ват по стерадијан по квадратен метар (W/sr/m2).
Ирацијанса или радијантна експозиција: радијантниот поток по единица површина инцидентен на површина или во волумен. SI единица е ват по квадратен метар (W/m2) или джоул по квадратен метар (J/m2).
Радијантна емисија или емисија: радијантниот поток по единица површина испуштен од површина или во волумен. SI единица е ват по квадратен метар (W/m2).
Радиозија: радијантна емисија плус одразена ирацијанса на површина. SI единица е ват по квадратен метар (W/m2).
Фотоветриски величини се слични на радиометриски величини, но тие се вештачени со осетливоста на човечкото око на различни таласни должини на светлина. Функцијата на вештачење се нарекува ефективност на светлина, и има максимална вредност од 683 lm/W на 555 nm. Некои од фотоветриските величини се:
Светлински поток: радијантниот поток вештачен со функцијата на ефективност на светлина. SI единица е лумен (lm).
Светлинска интензитет: светлинскиот поток по единица солиден агол испуштен од точков извор во дадена насока. SI единица е кандела (cd).
Светлинска интензитет: светлинскиот поток по единица солиден агол по единица проектувана површина испуштен од површина или волумен во дадена насока. SI единица е кандела по квадратен метар (cd/m2).
Осветлување или експозиција на осветлување: светлинскиот
