Svetlosni tok: Kompletan vodič
Radijantni fluks je termin koji opisuje količinu radijantne energije koja se emituje, reflektuje, prenosi ili prima od strane objekta po jedinici vremena. Radijantna energija je energija koju nose elektromagnetski talasi, kao što su svetlost, radio talasi, mikrovalovi, infracrvena, ultraljubičasta zraka i rentgenski zraci. Radijantni fluks se takođe naziva radijantnom snagom ili optičkom snagom (u slučaju svetlosti).
Radijantni fluks je važan koncept u radiometriji, koja je nauka o merenju i analizi elektromagnetske radijacije. Radijantni fluks se može koristiti za karakterizaciju performansi izvora svetlosti, detektora, optičkih komponenti i sistema. Takođe se može koristiti za izračunavanje drugih radiometrijskih veličina, kao što su radijantna intenzitet, sijajnost, osvetljenost, radijantni emisivitet i radiosnost.
U ovom članku ćemo objasniti šta je radijantni fluks, kako se mjeri i izračunava, kako se povezuje sa drugim radiometrijskim i fotometrijskim veličinama, te šta su neke njegove primene i primjeri.
Šta je Radijantni Fluks?
Radijantni fluks se definiše kao stopa promene radijantne energije u odnosu na vreme. Matematički se može izraziti kao:
Gde:
Φe je radijantni fluks u vatima (W)
Qe je radijantna energija u džulovima (J)
t je vreme u sekundama (s)
Radijantna energija je ukupna količina energije koja se prenosi putem elektromagnetskih talasa preko površine ili unutar volumena. Može biti emitirana izvorom (kao što je žarulja), reflektovana površinom (kao što je ogledalo), preneta kroz medijum (kao što je zrak ili staklo) ili apsorbirana objektom (kao što je solarna ploča).
Radijantni fluks može biti pozitivan ili negativan, zavisno od smera prenosa energije. Na primer, ako izvor svetlosti emituje 10 W radijantnog fluksa, to znači da gubi 10 J energije po sekundi. Sa druge strane, ako detektor prima 10 W radijantnog fluksa, to znači da stiče 10 J energije po sekundi.
Radijantni fluks zavisi od talasne dužine ili frekvencije elektromagnetske radijacije. Različite talasne dužine imaju različite energije i različito interaguju sa materijom. Na primer, vidljiva svetlost ima više energije od infracrvene radijacije i može se videti ljudskim očima. Ultraljubičasta radiacija ima još više energije od vidljive svetlosti i može dovesti do sunčanog ogranka i rakova kože.
Radijantni fluks po jedinici talasne dužine ili frekvencije se naziva spektralnim fluksom ili spektralnom snagom. Obeležava se kao Φe(λ) za talasnu dužinu ili Φe(ν) za frekvenciju. Ukupni radijantni fluks u rasponu talasnih dužina ili frekvencija se može dobiti integracijom spektralnog fluksa:
Gde:
λ je talasna dužina u metrima (m)
ν je frekvencija u hercima (Hz)
λ1 i λ2 su donja i gornja granica raspona talasne dužine
ν1 i ν2 su donja i gornja granica raspona frekvencije
Kako se Mjeri Radijantni Fluks?
Radijantni fluks se može meriti pomoću različitih tipova instrumenata poznatih kao radiometri. Radiometar se sastoji od detektora koji pretvara elektromagnetsku radijaciju u električni signal i uređaja za prikaz ili zapisivanje signala.
Detektor može biti baziran na različitim principima, kao što su termički efekti (npr., termopila), fotoelektrični efekti (npr., fotodioda) ili kvantni efekti (npr., fotomultiplikatorska cev). Detektor takođe može imati različite karakteristike, kao što su osetljivost, odgovornoća, linearitet, dinamički opseg, nivo buke, spektralni odziv, uglovni odziv i kalibracija.
Uređaj za prikaz može biti analogan ili digitalan i može pokazivati različite jedinice mere, kao što su vati, volti, amperi ili brojevi. Uređaj za prikaz takođe može imati različite funkcije, kao što su rezolucija prikaza, tačnost, preciznost, stabilnost, stopa uzorkovanja i skladištenje podataka.
Neki primjeri radiometara su:
Piranometar: meri globalnu solaru irradijanse (radijantni fluks po jedinici površine sa sunca i neboderave) na horizontalnoj površini
Pirhelijometar: meri direktnu solaru irradijanse (radijantni fluks po jedinici površine samo sa sunca) na površini normalnoj na sunce
Pirgeometar: meri dugovalnu irradijanse (radijantni fluks po jedinici površine od infracrvene radijacije) na horizontalnoj površini
Radiometar: meri radijantni fluks bilo kog izvora ili smera
Spektro-radiometar: meri spektralni fluks (radijantni fluks po jedinici talasne dužine ili frekvencije) bilo kog izvora ili smera
Fotometar: meri luminozni fluks (radijantni fluks ponderisan osetljivošću ljudskog oka) bilo kog izvora ili smera.
Kako se Izračunava Radijantni Fluks?
Radijantni fluks se može izračunati pomoću različitih formula i modela, zavisno od tipa i geometrije izvora, medija i prijemnika. Neki od često korišćenih formula i modela su:
Plankov zakon: izračunava spektralni fluks crnog tela (idealizovanog objekta koji apsorbira i emituje sve talasne dužine radijacije) na datoj temperaturi
Stefan-Boltzmannov zakon: izračunava ukupni radijantni fluks crnog tela na datoj temperaturi
Lambertov kosinusni zakon: izračunava radijantnu intenzitet (radijantni fluks po jedinici立体书输出似乎被截断了。我将继续翻译剩余的部分。
兰伯特余弦定律：计算朗伯光源（一种理想化的物体，以相同强度向所有方向发射或反射辐射）在给定角度下的辐射强度（单位立体角的辐射通量）。
平方反比定律：计算点光源（一种理想化的物体，从单一点发射辐射）在给定距离下的辐照度（单位面积的辐射通量）。
比尔-朗伯定律：计算辐射通量通过吸收介质时的衰减（减少）。
菲涅耳方程：计算辐射通量在不同折射率介质界面处的反射和透射。
斯涅尔定律：计算辐射通量从一种介质到另一种具有不同折射率的介质时的折射（弯曲）。
瑞利散射：计算辐射通量被小于波长的粒子重新定向的散射。
米氏散射：计算辐射通量被与波长相近或更大的粒子散射。
放射通量与其他辐射量和光度量的关系如何？
放射通量是基本的辐射量之一，可以用来推导其他辐射量和光度量。一些其他的量包括：
辐射强度：点源在给定方向上每单位立体角发出的辐射通量。国际单位制单位是瓦特每球面度（W/sr）。
辐射亮度：表面或体积在给定方向上每单位立体角每单位投影面积发出的辐射通量。国际单位制单位是瓦特每球面度每平方米（W/sr/m²）。
辐照度或辐射暴露：入射到表面上或体积内的辐射通量。国际单位制单位是瓦特每平方米（W/m²）或焦耳每平方米（J/m²）。
辐射出射度或辐射发射度：表面或体积内发出的辐射通量。国际单位制单位是瓦特每平方米（W/m²）。
辐射度：表面的辐射出射度加上反射辐照度。国际单位制单位是瓦特每平方米（W/m²）。
光度量类似于辐射量，但它们按人眼对不同波长光的敏感性进行加权。加权函数称为光效函数，在555纳米处的最大值为683 lm/W。一些光度量包括：
光通量：按光效函数加权的辐射通量。国际单位制单位是流明（lm）。
光强度：点源在给定方向上每单位立体角发出的光通量。国际单位制单位是坎德拉（cd）。
亮度：表面或体积在给定方向上每单位立体角每单位投影面积发出的光通量。国际单位制单位是坎德拉每平方米（cd/m²）。
照度或照度暴露：入射到表面上或体积内的光通量。国际单位制单位是勒克斯（lx）或流明秒每平方米（lm·s/m²）。
发光出射度或发光发射度：表面或体积内发出的光通量。国际单位制单位是勒克斯（lx）。
光度：表面的发光出射度加上反射照度。国际单位制单位是勒克斯（lx）。
放射通量的一些应用和示例是什么？
放射通量是许多涉及电磁辐射的应用和示例中的有用量。其中一些包括：
照明：放射通量可以用来测量和比较不同类型光源（如白炽灯、荧光灯、LED 或激光）的输出和效率。它还可以用于设计和优化各种用途的照明系统，如室内照明、室外照明或舞台照明。
太阳能：放射通量可以用来测量和估计到达地球表面或太阳能电池板的太阳辐射量。它还可以用来计算太阳能电池和系统的功率和能量输出。
遥感：放射通量可以用来测量和分析从远处获取的物体和现象的性质和特征，如温度、成分、植被、污染、天气或气候。它还可以使用卫星或望远镜创建地球或其他天体的图像和地图。
光学通信：放射通量可以用来测量和优化光纤通信、自由空间光通信或无线光通信系统的性能和容量。它还可以用来使用不同的调制技术（如幅度调制、频率调制或相位调制）编码和传输信息。
激光技术：放射通量可以用来测量和控制激光束的输出和质量，如功率、强度、发散度、相干性、偏振或模式。它还可以用来使用激光创造和操纵各种效果和现象，如切割、焊接、钻孔、雕刻、打印、扫描、手术、全息术或光谱学。
