Енергетичні системи величин

Для оцінки випромінювання встановлені визначені величини, сукупність яких складає енергетичну і світлову систему величин, при цьому енергетичні величини позначаться індексом " е".

Енергія випромінювання характеризує випромінювання в цілому, без урахування спектрального складу і вимірюється в джоулях (Дж).

Звичайно в більшості випадків буває необхідно знати не енергію випромінювання, а потужність, що характеризує кількість енергії, що випромінюється в одиницю часу. Таку потужність випромінювання називають потоком випромінювання , і вимірюється вона у ватах (Вт)

де – енергія, що випромінюється за час ;

– проміжок часу, протягом якого випромінювання може розглядатися, як рівномірне.

 

Рисунок 2 – Спектральна густина потоку випромінювання

 

Для опису розподілу потоку випромінювання в спектрі (рисунок 2) використовують спектральну густину потоку випромінювання Ф(λ), що вимірюється у Вт/нм і визначається з виразу

З попереднього виразу випливає, що потік випромінювання зв'язаний із спектральною густиною випромінювання інтегралом

Графічно потік випромінювання являє собою площу, обмежену кривою функції спектральної густини потоку випромінювання Ф(λ) і віссю довжин хвиль λ.

У багатьох випадках розміри джерела випромінювання значно менші від відстані до опромінюваного об'єкта, для такого джерела вводиться поняття точкового джерела випромінювання.

У дійсності джерело випромінювання має визначену поверхню випромінювання.

Енергетична світимість (випромінюваність) поверхні (Вт/м²) характеризується потоком випромінювання з одиниці поверхні випромінювання і визначається виразом

Сила випромінювання – це просторова густина потоку випромінювання, що чисельно дорівнює відношенню потоку випромінювання до тілесного кута dω, у межах якого потік розподіляється рівномірно

Тілесний кут є просторовим кутом із вершиною в центрі сфери, одиницею тілесного кута є стерадіан (ср), тобто кут, що вирізає на поверхні сфери площу, яка дорівнює квадрату радіуса сфери. У повній сфері знаходиться 4πстерадіан. Одиницею виміру сили випромінювання є Вт/ср.

Сила випромінювання характеризується не тільки величиною, але і напрямком. Графічно (рисунок 3) вона зображується вектором, проведеним з теоретичного центру випромінювання О під кутом до оптичної осі джерела ON. Лінія, що з'єднує кінці векторів сили випромінювання в площині, називається кривою сили випромінювання.

 

Рисунок 3 – Залежність сили випромінювання від напрямку дії

Енергетична освітленість (опромінюваність) (Вт/м²) характеризується густиною променистого потоку, що падає на опромінювану поверхню

Енергетична яскравість (Вт/(срּм²)) ділянки поверхні випромінювання являє відношення сили випромінювання цієї ділянки в даному напрямку до площі її проекції на площину, перпендикулярну даному напрямку

де - сила випромінювання, виділяюча dS в напрямку .

Енергетична експозиція (Дж/м²) характеризується енергією випромінювання, що припадає на одиницю опромінюваної поверхні (кількістю опромінення)

Оптичні властивості тіл

Енергія випромінювання, що потрапляє на будь-яке тіло, може відбиватися, пропускатися або поглинатися.

Відбиттямназивається повернення випромінювання тілом без зміни складових його довжин хвиль монохроматичних випромінювань. Залежно від внутрішньої структури тіла і стану його поверхні, відбиття може бути спрямованим (дзеркальні поверхні), розсіяним (шорсткі поверхні) і змішаним.

Пропусканнямназивається проходження випромінювання через тіло без зміни параметрів монохроматичних випромінювань. Пропускання пов'язане з переломленням випромінювання – зміною його напрямку при переході з одного середовища в інше.

Поглинанняявляє собою перетворення енергії випромінювання в тілі в будь-який інший вид енергії.

Таким чином, потік випромінювання , що падає на тіло, частково відбивається поверхнею тіла , частково може проходити через тіло , частина потоку поглинається тілом

Кожний із складових потоків залежить від спектрального складу випромінювання і фізичних властивостей тіла. Оптичні властивості тіла характеризуються спектральними коефіцієнтами відбиття , пропускання і поглинання , кожний з яких визначається як

Знаючи функції ρ(λ), τ(λ), α(λ), а також функцію спектральної густини потоку випромінювання Ф(λ), що падає на тіло, визначаються відповідні інтегральні коефіцієнти

; ; .

Можна зробити висновок, що спектральні коефіцієнти відбиття, пропускання і поглинання для монохроматичного потоку випромінювання та ефективного потоку однієї довжини хвилі мають однакові значення, а сума коефіцієнтів дорівнює одиниці