Сияние

В радиометрии , яркость — это поток излучения излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый данной поверхностью, на единицу телесного угла на единицу проецируемой площади. Излучение используется для характеристики диффузного излучения и отражения электромагнитного излучения , а также для количественной оценки излучения нейтрино и других частиц. Единицей в системе СИ излучения является ватт на стерадиан на квадратный метр ( W·sr ⁻¹·м ⁻²). Это направленная величина: яркость поверхности зависит от направления, с которого на нее смотрят.

Соответствующая величина спектральной яркости — это яркость поверхности на единицу частоты или длины волны , в зависимости от того, рассматривается ли спектр как функция частоты или длины волны.

Исторически излучение называлось «интенсивностью», а спектральное излучение - «удельной интенсивностью». Во многих областях до сих пор используется эта номенклатура. Особенно оно преобладает в теплопередаче , астрофизике и астрономии . «Интенсивность» имеет много других значений в физике , наиболее распространенным из которых является мощность на единицу площади .

Описание [ править ]

Излучение полезно, поскольку оно указывает, какая часть мощности, излучаемой, отраженной, передаваемой или принимаемой поверхностью, будет получена оптической системой, смотрящей на эту поверхность под определенным углом зрения. В этом случае интересующий телесный угол представляет собой телесный угол, образованный входным зрачком оптической системы . Поскольку глаз представляет собой оптическую систему, яркость и ее родственная яркость являются хорошими индикаторами того, насколько ярким будет выглядеть объект. По этой причине сияние и яркость иногда называют «яркостью». см. в статье «Яркость» Сейчас такое использование не рекомендуется ( обсуждение ). Нестандартное использование слова «яркость» для обозначения «сияния» сохраняется в некоторых областях, особенно в лазерной физике .

Яркость, деленная на квадрат показателя преломления, инвариантна в геометрической оптике . Это означает, что для идеальной оптической системы в воздухе яркость на выходе такая же, как и на входе. Иногда это называют сохранением сияния . Для реальных пассивных оптических систем выходная яркость не более чем равна входной, если только не изменяется показатель преломления. Например, если вы формируете уменьшенное изображение с помощью линзы, оптическая мощность концентрируется на меньшей площади, поэтому освещенность изображения выше. Однако свет в плоскости изображения заполняет больший телесный угол, поэтому яркость оказывается одинаковой при условии отсутствия потерь в линзе.

Спектральная яркость выражает яркость как функцию частоты или длины волны. Излучение — это интеграл спектральной яркости по всем частотам или длинам волн. Для излучения, испускаемого поверхностью идеально черного тела при заданной температуре, спектральная яркость определяется законом Планка , а интеграл его яркости по полусфере, в которую излучается его поверхность, определяется законом Стефана-Больцмана . Его поверхность ламбертова , так что ее яркость однородна относительно угла зрения и представляет собой просто интеграл Стефана-Больцмана, разделенный на π. Этот коэффициент получается из телесного угла полушария 2π стерадианов, уменьшенного путем интегрирования по косинусу зенитного угла .

Математические определения

Сияние [ править ]

Сияние поверхности («e» означает «энергетический», чтобы избежать путаницы с фотометрическими величинами, и «Ω» , , обозначаемое L _{e, Ω} чтобы указать, что это направленная величина), определяется как ^[1]

L_{\mathrm {e} ,\Omega }={\frac {\partial ^{2}\Phi _{\mathrm {e} }}{\partial \Omega \,\partial (A\cos \theta )}},

где

∂ – символ частной производной ;
Φ _e — мощность излучения ; излучаемая, отраженная, передаваемая или принимаемая
Ω – телесный угол ;
A cos θ — это проецируемая площадь.

В общем случае L _e,Ω является функцией направления взгляда, зависящей от θ через cos θ и угла азимута через ∂Φ _e /∂Ω . частном случае ламбертовой поверхности ∂ В ²Φ _e /(∂Ω ∂ A ) пропорциональна cos θ , а L _e,Ω изотропна (независимо от направления взгляда).

При расчете яркости, излучаемой источником, A относится к площади на поверхности источника, а Ω — к телесному углу, под которым излучается свет. При расчете излучения, принимаемого детектором, A относится к площади на поверхности детектора, а Ω - к телесному углу, образуемому источником, если смотреть со стороны этого детектора. Когда излучение сохраняется, как обсуждалось выше, излучение, излучаемое источником, такое же, как излучение, принимаемое детектором, наблюдающим за ним.

Спектральное сияние [ править ]

Спектральная яркость на частоте поверхности , обозначаемая L _e,Ω,ν , определяется как ^[1]

L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }={\frac {\partial L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{\partial \nu }},

где ν — частота.

Спектральная яркость поверхности на длине волны , обозначаемая L e _{, Ω, λ} , определяется как ^[1]

L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }={\frac {\partial L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{\partial \lambda }},

где λ — длина волны.

Сохранение основного сияния [ править ]

Сияние поверхности связано с étendue соотношением

L_{\mathrm {e} ,\Omega }=n^{2}{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {e} }}{\partial G}},

где

n — показатель преломления , в который погружена эта поверхность;
G – удлинение светового луча.

Когда свет проходит через идеальную оптическую систему, как étendue, так и лучистый поток сохраняются. Следовательно, базовое сияние, определяемое формулой ^[2]

L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{*}={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{n^{2}}}

также сохраняется. В реальных системах étendue может увеличиваться (например, из-за рассеяния) или лучистый поток может уменьшаться (например, из-за поглощения) и, следовательно, основная яркость может уменьшаться. Однако étendue не может уменьшаться, а лучистый поток не может увеличиваться и, следовательно, базовая яркость не может увеличиваться.

Единицы радиометрии СИ [ править ]

Радиометрические установки СИ
v
т
Это
Количество		Единица		Измерение	Примечания
Имя	Символ ^{[номер 1]}	Имя	Символ	Измерение	Примечания
Энергия излучения	$Q Вопрос$ ^{[номер 2]}	джоуль	Дж	M ⋅ L ²⋅ T ⁻²	Энергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии	$мы $	Джоуль на кубический метр	Дж/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻²	Лучистая энергия на единицу объема.
Лучистый поток	$Φ е$ ^{[номер 2]}	ватт	Вт = Дж/с	M ⋅ L ²⋅ T ⁻³	Лучистая энергия, излучаемая, отражаемая, передаваемая или принимаемая в единицу времени. Иногда ее также называют «силой излучения» и называют светимостью в астрономии .
Спектральный поток	$Ф е, н$ ^{[номер 3]}	ватт на герц	Вт/ Гц	M ⋅ L ²⋅ T ⁻²	Лучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм. ⁻¹.
Спектральный поток	$Ф е, л$ ^{[номер 4]}	ватт на метр	Вт/м	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Интенсивность излучения	$Ему, Ом$ ^{[номер 5]}	ватты на стерадиан	с сэром	M ⋅ L ²⋅ T ⁻³	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый, на единицу телесного угла. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	$To e, Ω, ν$ ^{[номер 3]}	ватты на стерадиан на герц	W⋅sr ⁻¹⋅Hz ⁻¹	M ⋅ L ²⋅ T ⁻²	Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr. ⁻¹⋅nm ⁻¹. Это направленная величина.
Спектральная интенсивность	$Чтобы е, Ω, λ$ ^{[номер 4]}	ватт на стерадиан на метр	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻¹	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Сияние	$L e,Ом$ ^{[номер 5]}	ватт на стерадиан на квадратный метр	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью , на единицу телесного угла на единицу проецируемой площади. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное сияние Удельная интенсивность	$Л е, О, н$ ^{[номер 3]}	ватт на стерадиан на квадратный метр на герц	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Сияние поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr. ⁻¹⋅m ⁻²⋅nm ⁻¹. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральное сияние Удельная интенсивность	$Л е, о, л$ ^{[номер 4]}	ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр	W⋅sr ⁻¹⋅m ⁻³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Освещенность Плотность потока	$Э е$ ^{[номер 2]}	ватт на квадратный метр	Вт/м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, на единицу воспринимаемый поверхностью площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное излучение Спектральная плотность потока	$Э е, н$ ^{[номер 3]}	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». Единицы спектральной плотности потока, не относящиеся к системе СИ, включают янский ( 1 Ян = 10 ⁻²⁶ W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹) и единица солнечного потока ( 1 sfu = 10 ⁻²² W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹ = 10 ⁴ Ты ).
Спектральное излучение Спектральная плотность потока	$Угорь $ ^{[номер 4]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Радиосити	$J Да$ ^{[номер 2]}	ватт на квадратный метр	Вт/м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток, покидающий (излучаемый, отражаемый и передаваемый) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная радиация	$I е, ν$ ^{[номер 3]}	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м. ⁻²⋅nm ⁻¹. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная радиация	$I е, λ$ ^{[номер 4]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Сияющее великолепие	$Мне $ ^{[номер 2]}	ватт на квадратный метр	Вт/м ²	M ⋅ T ⁻³	Лучистый поток излучаемый поверхностью , на единицу площади. Это излучаемая составляющая излучательности. «Излучение излучения» — старый термин для этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная яркость	$М е, ν$ ^{[номер 3]}	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Светимость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м. ⁻²⋅nm ⁻¹. «Спектральный эмиттанс» — старый термин для этой величины. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью».
Спектральная яркость	$М е, λ$ ^{[номер 4]}	ватт на квадратный метр, на метр	Вт/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻³
Лучистое воздействие	$Он $	Джоуль на квадратный метр	Дж/м ²	M ⋅ T ⁻²	Лучистая энергия, полученная поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности , интегрированная во времени облучения. Иногда это также называют «лучистой плотностью».
Спектральная экспозиция	$H e, ν$ ^{[номер 3]}	Джоуль на квадратный метр на герц	J⋅m ⁻²⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻¹	Лучистая экспозиция поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м. ⁻²⋅nm ⁻¹. Иногда это также называют «спектральной флюенсом».
Спектральная экспозиция	$He, λ$ ^{[номер 4]}	джоуль на квадратный метр, на метр	Дж/м ³	M ⋅ L ⁻¹⋅ T ⁻²
Смотрите также: И Радиометрия Фотометрия

^ Организации по стандартизации рекомендуют обозначать радиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетические»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это Иногда встречаются альтернативные символы: $W$ или $E$ для энергии излучения, $P$ или $F$ для потока излучения, $I$ для освещенности, $W$ для мощности излучения.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это ^ж ^г Спектральные величины, приведенные на единицу частоты , обозначаются суффиксом « ν » (греческая буква nu , не путать с буквой «v», обозначающей фотометрическую величину).
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это ^ж ^г Спектральные величины, приведённые на единицу длины волны , обозначаются суффиксом « λ ».
^ Перейти обратно: ^а ^б Направленные величины обозначаются суффиксом « Ом ».

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Теплоизоляция. Теплопередача излучением. Физические величины и определения» . ИСО 9288:1989 . ИСО Каталог . 1989 год . Проверено 15 марта 2015 г.
^ Уильям Росс МакКлюни, Введение в радиометрию и фотометрию , Artech House, Бостон, Массачусетс, 1994 г. ISBN 978-0890066782

Внешние ссылки [ править ]

Международный семинар по освещению в контролируемых средах

[note-suffix-e-3] Организации по стандартизации рекомендуют обозначать радиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетические»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.

[note-alternative-symbol-radiometric-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это Иногда встречаются альтернативные символы: $W$ или $E$ для энергии излучения, $P$ или $F$ для потока излучения, $I$ для освещенности, $W$ для мощности излучения.

[note-suffix-nu-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это ^ж ^г Спектральные величины, приведенные на единицу частоты , обозначаются суффиксом « ν » (греческая буква nu , не путать с буквой «v», обозначающей фотометрическую величину).

[note-suffix-lambda-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это ^ж ^г Спектральные величины, приведённые на единицу длины волны , обозначаются суффиксом « λ ».

[note-suffix-omega-7] Перейти обратно: ^а ^б Направленные величины обозначаются суффиксом « Ом ».

[ISO_9288-1989-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Теплоизоляция. Теплопередача излучением. Физические величины и определения» . ИСО 9288:1989 . ИСО Каталог . 1989 год . Проверено 15 марта 2015 г.

[2] Уильям Росс МакКлюни, Введение в радиометрию и фотометрию , Artech House, Бостон, Массачусетс, 1994 г. ISBN 978-0890066782

[1]

[2]

[номер 1]

[номер 2]

[номер 3]

[номер 4]

[номер 5]