Podstawy radiometrii

Fotometria energetyczna ma w stosunku do metody subiektywnej istotne zalety:

  • wyłączenie obserwatora, a w związku z tym w znacznym stopniu, wyłączenie uwarunkowanych przez oko błędów pomiarowych,
  • polepszenie dokładności i powtarzalności pomiaru,
  • wzrost szybkości pomiaru.

Zastosowanie odbiorników fizycznych, stworzyło podstawy do zastosowania cyfrowych i rejestrujących metod pomiarowych.

 

Wielkości radiometryczne w układzie SI.

 

Strumień energetyczny

Podstawową wielkością radiometryczną jest strumień energetyczny, tj. strumień wysyłany, przenoszony lub pochłaniany w formie promieniowania.

Jeżeli źródło światła (punktowe lub rozciągłe) wysyła w określonym czasie t pewną ilość energii W, to moc promieniowania (lub strumień energetyczny) Φe opisuje ilość energii wypromieniowywanej w jednostce czasu:

 

Całkowity strumień energetyczny.

 

Moc promieniowania, czyli strumień wysyłany, przenoszony lub pochłaniany w formie promieniowania, mierzony jest w watach

Jednostka - wat - wraz z metrem i steradianem stanowią podstawę, na której zbudowany jest prosty układ pojęć i jednostek fotometrii energetycznej. Podobnie taką podstawę w fotometrii wizualnej stanowią lumen, metr i steradian.

 

 

Energia promieniowania

Energia promieniowania Qe (ilość energii promienistej) to iloczyn strumienia energetycznego i czasu, podczas którego jest on wypromieniowywany (przenoszony bądź pochłaniany).

Jeśli wartość strumienia energetycznego (moc promieniowania) jest stały w czasie, to oczywiście:


a jednostką jest



 

Egzytancja energetyczna

Iloraz strumienia energetycznego wysyłanego z pewnej powierzchni dS i wymiarów tej powierzchni, czyli gęstość powierzchniową strumienia energetycznego, nazywa się egzytancją energetyczną albo emitancją promienistą (oświetleniem energetycznym powierzchni odbiornika)


i ma jednostkę




Emitancja Me opisuje charakterystykę powierzchniową źródła światła, które rozumie się zarówno źródła czynne (ciała świecące) jak i źródła bierne (ciała przepuszczające lub odbijające światło).

 

 

Irradiancja

Role elementu powierzchni wysyłającego i odbierającego promieniowanie są zupełnie symetryczne. Dla rozróżnienia natężenie promieniowania emitowanego przez powierzchnię źródła od oświetlenia powierzchni odbiornika wprowadza się
natężenie napromienienia odbiornika (irradiancją) w określonym punkcie.

Jest to iloraz mocy promienistej padającej na odbiornik przypadającej na elementarną powierzchnię otaczającą dany punkt, przez pole tej powierzchni


i podobnie jak egzytancja energetyczna określona w

 

Strumień światła padający na powierzchnię.

 

Za przykład mogą posłużyć dane odnoszące się do promieniowania słonecznego:

stała słoneczna (na granicy atmosfery ziemskiej) w tym

7,0 % - promieniowanie nadfioletowe UV,

47,3 % - promieniowanie widzialne,

45,7 % - promieniowanie podczerwone IR.

średnie dobowe natężenie napromienienia na powierzchni Ziemi

(o promieniu R) przy pominięciu wpływu atmosfery.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Natężenia promieniowania

Jeśli źródło światła można uważać za punktowe – to znaczy, jeśli jego wymiary są pomijalnie małe (w stosunku do odległości, z której jest rozpatrywane) – można to źródło scharakteryzować kątowym rozkładem strumienia energetycznego w przestrzeni, opisanym za pomocą natężenia promieniowania

z jednostką



 Natężenia promieniowania.

 

 

Luminancja energetyczna

Najpełniej ilość energii wysyłaną przez źródło skończone opisuje luminancja energetyczna (radiancja) lub zdolność emisyjna ciała promieniującego.

Luminancja energetyczna.

 

Należy uwzględnić element powierzchni promieniującej dS, np. rozżarzonej powierzchni metalu. Promieniowanie pada na przyrząd pomiarowy o powierzchni dS' ustawiony w odległości r od powierzchni promieniującej, a kąt pomiędzy r i normalną do powierzchni dS oznaczono przez θ.

Promieniowanie padające na element powierzchni dS'.

 

Luminancja energetyczna (radiancja) jest to iloraz natężenia promieniowania w danym kierunku nieskończenie małego elementu powierzchni, na którym leży rozpatrywany punkt, do powierzchni rzutu elementu źródła na płaszczyznę prostopadłą do danego kierunku (rozchodzenia się promieniowania):


Luminancja energetyczni wyrażona jest w jednostkach

i opisuje emisję źródła niezależnie od kierunku obserwacji.

Powierzchnię, która we wszystkich miejscach i we wszystkich kierunkach wykazuje taka samą luminancję energetyczną, nazywa się rozpraszaczem równomiernym.

 

 

Napromieniowanie

Energię padającą na jednostkę powierzchni w ciągu określonego czasu przedstawia napromieniowanie. Iloczyn natężenia napromieniowania i czasu jego trwania nazywa się napromieniowaniem

a przy stałym w czasie natężeniu napromieniowania

 

Jednostką napromieniowania jest

 

 

 

 

Zadanie

Co nazywa się natężeniem promieniowania?

Ireneusz Owczarek   ©  CMF PŁ 2014