Энергия излучения - Radiant energy - Wikipedia

Видимый свет Такие как Солнечный свет несет лучистую энергию, которая используется в солнечная энергия поколение.

В физика, и, в частности, измеряется радиометрия, энергия излучения это энергия из электромагнитный и гравитационное излучение.^[1] В качестве энергии его единицей СИ является джоуль (Дж). Количество лучистой энергии можно рассчитать по формуле интеграция лучистый поток (или же мощность ) относительно время. Символ Q_е в литературе часто используется для обозначения лучистой энергии («е» означает «энергичный», чтобы избежать путаницы с фотометрическими величинами). В других разделах физики, помимо радиометрии, электромагнитная энергия упоминается с использованием E или же W. Этот термин используется, в частности, когда источник излучает электромагнитное излучение в окружающую среду. Это излучение может быть видимым или невидимым для человеческого глаза.^[2][3]

Использование терминологии и история

Термин «лучистая энергия» чаще всего используется в области радиометрия, солнечная энергия, обогрев и освещение, но также иногда используется в других областях (например, телекоммуникации ). В современных приложениях, связанных с передачей энергии из одного места в другое, «лучистая энергия» иногда используется для обозначения электромагнитных волн. самих себя, а не их энергия (свойство волн). В прошлом также использовался термин «электроизлучательная энергия».^[4]

Термин «лучистая энергия» также применяется к гравитационное излучение.^[5][6] Например, первые когда-либо наблюдавшиеся гравитационные волны образовались в результате столкновения черной дыры, выбросившей около 5,3×10⁴⁷ джоулей энергии гравитационных волн.^[7]

Анализ

Черенковское излучение светится в центре Реактор TRIGA.

Поскольку электромагнитное (ЭМ) излучение можно представить как поток фотоны, лучистую энергию можно рассматривать как энергия фотона - энергия, переносимая этими фотонами. С другой стороны, электромагнитное излучение можно рассматривать как электромагнитную волну, которая переносит энергию в своих колебательных электрических и магнитных полях. Эти две точки зрения полностью эквивалентны и согласованы друг с другом в квантовая теория поля (видеть волновая дуальность ).

ЭМ излучение может иметь различные частоты. Полосы частот, присутствующие в данном EM-сигнале, могут быть четко определены, как показано на атомные спектры, или может быть широким, как в излучение черного тела. На изображении частицы энергия, переносимая каждым фотоном, пропорциональна его частоте. На волновой картине энергия монохроматической волны пропорциональна ее величине. интенсивность. Это означает, что если две электромагнитные волны имеют одинаковую интенсивность, но разные частоты, то волна с более высокой частотой «содержит» меньше фотонов, поскольку каждый фотон более энергичен.

Когда электромагнитные волны поглощен объектом энергия волн преобразуется в высокая температура (или преобразованы в электричество в случае фотоэлектрический материал). Это очень знакомый эффект, поскольку солнечный свет нагревает поверхности, которые он облучает. Часто это явление связывают, в частности, с инфракрасный излучение, но любое электромагнитное излучение согреет объект, который его поглощает. ЭМ волны также могут быть отраженный или же разбросанный, и в этом случае их энергия также перенаправляется или перераспределяется.

Открытые системы

Лучистая энергия - это один из механизмов, с помощью которого энергия может входить или выходить из открытая система.^[8][9][10] Такая система может быть искусственной, например, солнечная энергия коллекционер, или натуральный, например Атмосфера Земли. В геофизика, большинство атмосферных газов, в том числе парниковые газы, позволяют коротковолновой лучистой энергии Солнца проходить к поверхности Земли, нагревая землю и океаны. Поглощенная солнечная энергия частично переизлучается в виде более длинноволнового излучения (в основном инфракрасного излучения), часть которого поглощается парниковыми газами в атмосфере. Солнце производит лучистую энергию в результате термоядерная реакция.^[11]

Приложения

Лучистая энергия используется для лучистое отопление.^[12] Он может генерироваться электрически инфракрасные лампы, или может абсорбироваться из Солнечный свет и используется для нагрева воды. Тепловая энергия излучается от теплого элемента (пол, стена, потолочная панель) и нагревает людей и другие предметы в комнатах, а не напрямую нагревает воздух. Из-за этого температура воздуха может быть ниже, чем в здании с традиционным отоплением, даже если комната кажется такой же комфортной.

Были разработаны различные другие применения лучистой энергии.^[13] К ним относятся обработка и осмотр, разделение и сортировка, средство контроля и средство коммуникации. Многие из этих приложений включают источник лучистой энергии и детектор, который реагирует на это излучение и выдает сигнал, представляющий некоторую характеристику излучения. Детекторы лучистой энергии реагируют на падающую лучистую энергию в виде увеличения или уменьшения электрический потенциал или же Текущий поток или какое-либо другое ощутимое изменение, такое как воздействие фотопленка.

Блоки радиометрии СИ

Блоки радиометрии СИ

Количество		Единица измерения		Измерение	Примечания
Имя	Символ[nb 1]	Имя	Символ	Символ
Энергия излучения	Qе[nb 2]	джоуль	J	M⋅L^2⋅Т^−2	Энергия электромагнитного излучения.
Плотность лучистой энергии	ше	джоуль на кубический метр	Дж / м^3	M⋅L^−1⋅Т^−2	Лучистая энергия на единицу объема.
Сияющий поток	Φе[nb 2]	ватт	W = Дж / с	M⋅L^2⋅Т^−3	Излучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения в единицу времени. Иногда это также называют «сияющей силой».
Спектральный поток	Φе, ν[№ 3]	ватт на герц	Вт /Гц	M⋅L^2⋅Т^−2	Лучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм.^−1.
	Φе, λ[№ 4]	ватт на метр	Вт / м	M⋅L⋅Т^−3
Сияющая интенсивность	яе, Ω[№ 5]	ватт на стерадиан	Вт /SR	M⋅L^2⋅Т^−3	Излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поток излучения на единицу телесного угла. Это направленный количество.
Спектральная интенсивность	яе, Ω, ν[№ 3]	ватт на стерадиан на герц	W⋅sr^−1⋅Гц^−1	M⋅L^2⋅Т^−2	Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr.^−1⋅нм^−1. Это направленный количество.
	яе, Ω, λ[№ 4]	ватт на стерадиан на метр	W⋅sr^−1⋅m^−1	M⋅L⋅Т^−3
Сияние	Lе, Ω[№ 5]	ватт на стерадиан на квадратный метр	W⋅sr^−1⋅m^−2	M⋅Т^−3	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхность, на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленный количество. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное сияние	Lе, Ω, ν[№ 3]	ватт на стерадиан на квадратный метр на герц	W⋅sr^−1⋅m^−2⋅Гц^−1	M⋅Т^−2	Сияние поверхность на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr.^−1⋅m^−2⋅нм^−1. Это направленный количество. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
	Lе, Ω, λ[№ 4]	ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр	W⋅sr^−1⋅m^−3	M⋅L^−1⋅Т^−3
Освещенность Плотность потока	Eе[nb 2]	ватт на квадратный метр	Вт / м^2	M⋅Т^−3	Сияющий поток получила по поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная освещенность Спектральная плотность потока	Eе, ν[№ 3]	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m^−2⋅Гц^−1	M⋅Т^−2	Освещенность поверхность на единицу частоты или длины волны. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью». Внесистемные единицы спектральной плотности потока включают: Янски (1 Ян = 10^−26 W⋅m^−2⋅Гц^−1) и блок солнечного потока (1 SFU = 10^−22 W⋅m^−2⋅Гц^−1 = 10^4 Jy).
	Eе, λ[№ 4]	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м^3	M⋅L^−1⋅Т^−3
Лучистость	Jе[nb 2]	ватт на квадратный метр	Вт / м^2	M⋅Т^−3	Сияющий поток уход (испускается, отражается и передается) a поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральное излучение	Jе, ν[№ 3]	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m^−2⋅Гц^−1	M⋅Т^−2	Сияние поверхность на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м.^−2⋅нм^−1. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
	Jе, λ[№ 4]	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м^3	M⋅L^−1⋅Т^−3
Сияющая выходность	Mе[nb 2]	ватт на квадратный метр	Вт / м^2	M⋅Т^−3	Сияющий поток испускается по поверхность на единицу площади. Это излучаемая составляющая излучения. «Излучение» - это старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
Спектральная выходность	Mе, ν[№ 3]	ватт на квадратный метр на герц	W⋅m^−2⋅Гц^−1	M⋅Т^−2	Сияющий выход поверхность на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м.^−2⋅нм^−1. «Спектральный коэффициент излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
	Mе, λ[№ 4]	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м^3	M⋅L^−1⋅Т^−3
Сияющее воздействие	ЧАСе	джоуль на квадратный метр	Дж / м^2	M⋅Т^−2	Лучистая энергия, полученная поверхность на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхность интегрируется с течением времени облучения. Иногда это также называют «сияющим флюенсом».
Спектральная экспозиция	ЧАСе, ν[№ 3]	джоуль на квадратный метр на герц	J⋅m^−2⋅Гц^−1	M⋅Т^−1	Сияющая экспозиция поверхность на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м.^−2⋅нм^−1. Иногда это также называют «спектральным флюенсом».
	ЧАСе, λ[№ 4]	джоуль на квадратный метр, на метр	Дж / м^3	M⋅L^−1⋅Т^−2
Полусферический коэффициент излучения	ε	Нет данных		1	Сияющий выход поверхность, деленное на черное тело при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность	εν  или же ελ	Нет данных		1	Спектральная выходность поверхность, деленное на черное тело при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность	εΩ	Нет данных		1	Сияние испускается по поверхность, деленное на испускаемое черное тело при той же температуре, что и эта поверхность.
Спектрально-направленная излучательная способность	εΩ, ν  или же εΩ, λ	Нет данных		1	Спектральное сияние испускается по поверхность, деленное на черное тело при той же температуре, что и эта поверхность.
Полусферическое поглощение	А	Нет данных		1	Сияющий поток поглощен по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью. Это не следует путать с "поглощение ".
Спектральное полусферическое поглощение	Аν  или же Аλ	Нет данных		1	Спектральный поток поглощен по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью. Это не следует путать с "спектральное поглощение ".
Направленное поглощение	АΩ	Нет данных		1	Сияние поглощен по поверхность, деленное на яркость, падающую на эту поверхность. Это не следует путать с "поглощение ".
Спектральное направленное поглощение	АΩ, ν  или же АΩ, λ	Нет данных		1	Спектральное сияние поглощен по поверхность, деленное на спектральную яркость, падающую на эту поверхность. Это не следует путать с "спектральное поглощение ".
Полусферическое отражение	р	Нет данных		1	Сияющий поток отраженный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Спектральная полусферическая отражательная способность	рν  или же рλ	Нет данных		1	Спектральный поток отраженный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Направленное отражение	рΩ	Нет данных		1	Сияние отраженный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Спектральное направленное отражение	рΩ, ν  или же рΩ, λ	Нет данных		1	Спектральное сияние отраженный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент пропускания	Т	Нет данных		1	Сияющий поток переданный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Спектральное полусферическое пропускание	Тν  или же Тλ	Нет данных		1	Спектральный поток переданный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Направленный коэффициент пропускания	ТΩ	Нет данных		1	Сияние переданный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Спектрально-направленное пропускание	ТΩ, ν  или же ТΩ, λ	Нет данных		1	Спектральное сияние переданный по поверхность, деленное на полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент затухания	μ	обратный счетчик	м^−1	L^−1	Сияющий поток поглощен и разбросанный по объем на единицу длины, деленную на полученный объем.
Коэффициент спектрального полусферического ослабления	μν  или же μλ	обратный счетчик	м^−1	L^−1	Спектральный лучистый поток поглощен и разбросанный по объем на единицу длины, деленную на полученный объем.
Коэффициент направленного затухания	μΩ	обратный счетчик	м^−1	L^−1	Сияние поглощен и разбросанный по объем на единицу длины, деленную на полученный объем.
Коэффициент направленного спектрального ослабления	μΩ, ν  или же μΩ, λ	обратный счетчик	м^−1	L^−1	Спектральное сияние поглощен и разбросанный по объем на единицу длины, деленную на полученный объем.
Смотрите также: SI  · Радиометрия  · Фотометрия

1. Организации по стандартизации рекомендовать радиометрический количество следует обозначать суффиксом «е» (от «энергичный»), чтобы не путать с фотометрическим или фотон количества.
2. Иногда встречаются альтернативные символы: W или же E для лучистой энергии, п или же F для лучистого потока, я для освещенности, W для сияющего выхода.
3. Спектральные величины даны на единицу частота обозначаются суффиксом "ν «(Греческий) - не путать с суффиксом« v »(« визуальный »), обозначающим фотометрическую величину.
4. Спектральные величины даны на единицу длина волны обозначаются суффиксом "λ "(Греческий).
5. Направленные величины обозначаются суффиксом "Ω "(Греческий).

Смотрите также

Световая энергия Люминесценция Мощность Радиометрия Федеральный стандарт 1037C Передача инфекции Открытая система

Энергетический портал Фотоэлектрический эффект Фотоприемник Фотоэлемент Фотоэлектрическая ячейка

Примечания и ссылки

1. "Энергия излучения ". Федеральный стандарт 1037С
2. Джордж Фредерик Баркер, Физика: Продвинутый курс, стр. 367
3. Хардис, Джонатан Э. "Видимость лучистой энергии ". PDF.
4. Примеры: США 1005338  «Передающий аппарат», США 1018555  «Сигнализация с помощью электроизлучательной энергии», и США 1597901  «Радиоаппарат».
5. Кеннефик, Дэниел (2007-04-15). Путешествие со скоростью мысли: Эйнштейн и поиски гравитационных волн. Princeton University Press. ISBN  978-0-691-11727-0. Получено 9 марта 2016.
6. Sciama, Деннис (17 февраля 1972 г.). «Сокращение потерь Галактики». Новый ученый: 373. Получено 9 марта 2016.
7. Эбботт, Б. (11 февраля 2016 г.). "Наблюдение гравитационных волн при слиянии двойных черных дыр". Письма с физическими проверками. 116 (6): 061102. Дои:10.1103 / PhysRevLett.116.061102. PMID  26918975.
8. Моран, М.Дж., Шапиро, Х.Н., Основы инженерииТермодинамика, Глава 4. «Сохранение массы для открытой системы», 5-е издание, John Wiley and Sons. ISBN  0-471-27471-2.
9. Роберт В. Кристоферсон, Элементные геосистемы, Четвертый выпуск. Прентис Холл, 2003. Страницы 608. ISBN  0-13-101553-2
10. Джеймс Гри Миллер и Джесси Л. Миллер, Земля как система.
11. Преобразование энергии. assets.cambridge.org. (отрывок)
12. США 1317883  «Способ производства лучистой энергии и проецирования ее через свободный воздух для производства тепла»
13. Класс 250, лучистая энергия, USPTO. Март 2006 г.

• Лэнг, Кеннет Р. (1999). Астрофизические формулы. Берлин: Springer. ISBN  978-3-540-29692-8.
• Мишлер, Георг (2003). "Энергия излучения". База знаний по световому дизайну. Получено 29 октября 2008.
• Элион, Гленн Р. (1979). Справочник по электрооптике. CRC Press Technology & Industrial Arts. ISBN  0-8247-6879-5.

дальнейшее чтение

• Каверли, Дональд Филип, Праймер по электронике и лучистой энергии. Нью-Йорк, Макгроу-Хилл, 1952 год.
• Уиттакер, Э. Т. (апрель 1929 г.). «Что такое энергия?». Математический вестник. Математическая ассоциация. 14 (200): 401–406. Дои:10.2307/3606954. JSTOR  3606954.