En radiometría , la densidad de energía radiante es la energía radiante por unidad de volumen . [1] La unidad SI de densidad de energía radiante es el joule por metro cúbico (J / m 3 ).
Definición matemática
La densidad de energía radiante , denotada w e ("e" para "energético", para evitar confusión con cantidades fotométricas), se define como [2]
dónde
- ∂ es el símbolo de derivada parcial ;
- Q e es la energía radiante;
- V es el volumen.
Relación con otras magnitudes radiométricas
Debido a que la radiación siempre transmite la energía, [2] es útil preguntarse cuál es la velocidad de transmisión. Si toda la radiación en un lugar dado se propaga en la misma dirección, entonces el flujo radiante a través de una unidad de área perpendicular a la dirección de propagación viene dado por la irradiancia : [2]
donde c es la velocidad de propagación de la radiación.
Por el contrario, si la intensidad de la radiación es igual en todas las direcciones, como en una cavidad en equilibrio termodinámico , entonces la transmisión de energía se describe mejor por radiancia : [3]
La salida radiante a través de una pequeña abertura de dicha cavidad es: [4]
Estas relaciones se pueden utilizar, por ejemplo, en la derivación de la ecuación de radiación de cuerpo negro .
Unidades de radiometría SI
Cantidad | Unidad | Dimensión | Notas | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Nombre | Símbolo [nb 1] | Nombre | Símbolo | Símbolo | ||||
Energía radiante | Q e [nb 2] | joule | J | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Energía de radiación electromagnética. | |||
Densidad de energía radiante | w correo | julio por metro cúbico | J / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | Energía radiante por unidad de volumen. | |||
Flujo radiante | Φ e [nb 2] | vatio | W = J / s | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Energía radiante emitida, reflejada, transmitida o recibida, por unidad de tiempo. A esto a veces también se le llama "energía radiante". | |||
Flujo espectral | Φ e, ν [nb 3] | vatios por hercio | W / Hz | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Flujo radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅nm −1 . | |||
Φ e, λ [nb 4] | vatio por metro | W / m | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Intensidad radiante | Yo e, Ω [nb 5] | vatio por estereorradián | W / sr | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido, por unidad de ángulo sólido. Esta es una cantidad direccional . | |||
Intensidad espectral | Yo e, Ω, ν [nb 3] | vatios por estereorradián por hertz | W⋅sr −1 ⋅Hz −1 | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Intensidad radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr −1 ⋅nm −1 . Esta es una cantidad direccional . | |||
Yo e, Ω, λ [nb 4] | vatio por estereorradián por metro | W⋅sr −1 ⋅m −1 | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Resplandor | L e, Ω [nb 5] | vatio por estereorradián por metro cuadrado | W⋅sr −1 ⋅m −2 | M ⋅ T −3 | Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido por una superficie , por unidad de ángulo sólido por unidad de área proyectada. Esta es una cantidad direccional . Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad". | |||
Radiación espectral | L e, Ω, ν [nb 3] | vatios por estereorradián por metro cuadrado por hertz | W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Radiación de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅nm −1 . Esta es una cantidad direccional . A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral". | |||
L e, Ω, λ [nb 4] | vatio por estereorradián por metro cuadrado, por metro | W⋅sr −1 ⋅m −3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Densidad de flujo de irradiancia | E e [nb 2] | vatio por metro cuadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Flujo radiante recibido por una superficie por unidad de área. Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad". | |||
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral | E e, ν [nb 3] | vatio por metro cuadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Irradiancia de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral". Las unidades de densidad de flujo espectral no pertenecientes al SI incluyen jansky (1 Jy = 10 −26 W⋅m −2 ⋅Hz −1 ) y la unidad de flujo solar (1 sfu = 10 −22 W⋅m −2 ⋅Hz −1 = 10 4 Jy). | |||
E e, λ [nb 4] | vatio por metro cuadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Radiosidad | J e [nb 2] | vatio por metro cuadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Flujo radiante que sale (emitido, reflejado y transmitido por) una superficie por unidad de área. Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad". | |||
Radiosidad espectral | J e, ν [nb 3] | vatio por metro cuadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Radiosidad de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m −2 ⋅nm −1 . A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral". | |||
J e, λ [nb 4] | vatio por metro cuadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Exitance radiante | M e [nb 2] | vatio por metro cuadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Flujo radiante emitido por una superficie por unidad de área. Este es el componente emitido de la radiosidad. "Emitancia radiante" es un término antiguo para esta cantidad. Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad". | |||
Exitancia espectral | M e, ν [nb 3] | vatio por metro cuadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Exitancia radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m −2 ⋅nm −1 . "Emitancia espectral" es un término antiguo para esta cantidad. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral". | |||
M e, λ [nb 4] | vatio por metro cuadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Exposición radiante | H e | julio por metro cuadrado | J / m 2 | M ⋅ T −2 | Energía radiante recibida por una superficie por unidad de área, o equivalentemente irradiancia de una superficie integrada en el tiempo de irradiación. A esto a veces también se le llama "fluencia radiante". | |||
Exposición espectral | H e, ν [nb 3] | julio por metro cuadrado por hertz | J⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −1 | Exposición radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en J⋅m −2 ⋅nm −1 . A esto a veces también se le llama "fluencia espectral". | |||
Él , λ [nb 4] | julio por metro cuadrado, por metro | J / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | |||||
Emisividad hemisférica | ε | N / A | 1 | Exitancia radiante de una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie. | ||||
Emisividad hemisférica espectral | ε ν o ε λ | N / A | 1 | Exitancia espectral de una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie. | ||||
Emisividad direccional | ε Ω | N / A | 1 | Radiancia emitida por una superficie , dividida por la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie. | ||||
Emisividad direccional espectral | ε Ω, ν o ε Ω, λ | N / A | 1 | Radiación espectral emitida por una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie. | ||||
Absortancia hemisférica | A | N / A | 1 | Flujo radiante absorbido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia ". | ||||
Absortancia hemisférica espectral | A ν o A λ | N / A | 1 | Flujo espectral absorbido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia espectral ". | ||||
Absortancia direccional | A Ω | N / A | 1 | Resplandor absorbido por una superficie , dividido por el resplandor que incide sobre esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia ". | ||||
Absortancia direccional espectral | A Ω, ν o A Ω, λ | N / A | 1 | Radiación espectral absorbida por una superficie , dividida por la radiación espectral incidente sobre esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia espectral ". | ||||
Reflectancia hemisférica | R | N / A | 1 | Flujo radiante reflejado por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. | ||||
Reflectancia hemisférica espectral | R ν o R λ | N / A | 1 | Flujo espectral reflejado por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. | ||||
Reflectancia direccional | R Ω | N / A | 1 | Radiación reflejada por una superficie , dividida por la que recibe esa superficie. | ||||
Reflectancia direccional espectral | R Ω, ν o R Ω, λ | N / A | 1 | Radiación espectral reflejada por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie. | ||||
Transmitancia hemisférica | T | N / A | 1 | Flujo radiante transmitido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. | ||||
Transmitancia hemisférica espectral | T ν o T λ | N / A | 1 | Flujo espectral transmitido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. | ||||
Transmitancia direccional | T Ω | N / A | 1 | Radiancia transmitida por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie. | ||||
Transmitancia direccional espectral | T Ω, ν o T Ω, λ | N / A | 1 | Radiación espectral transmitida por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie. | ||||
Coeficiente de atenuación hemisférico | μ | metro recíproco | m −1 | L −1 | Flujo radiante absorbido y dispersado por un volumen por unidad de longitud, dividido por el recibido por ese volumen. | |||
Coeficiente de atenuación hemisférica espectral | μ ν o μ λ | metro recíproco | m −1 | L −1 | Flujo radiante espectral absorbido y dispersado por un volumen por unidad de longitud, dividido por el recibido por ese volumen. | |||
Coeficiente de atenuación direccional | μ Ω | metro recíproco | m −1 | L −1 | Resplandor absorbido y dispersado por un volumen por unidad de longitud, dividido por el recibido por ese volumen. | |||
Coeficiente de atenuación direccional espectral | μ Ω, ν o μ Ω, λ | metro recíproco | m −1 | L −1 | Radiación espectral absorbida y dispersada por un volumen por unidad de longitud, dividida por la recibida por ese volumen. | |||
Ver también: SI · Radiometría · Fotometría |
- ^ Las organizaciones de normalización recomiendan que las cantidades radiométricasse denoten con el sufijo "e" (de "energético") para evitar confusiones concantidadesfotométricas o de fotones .
- ^ a b c d e Símbolos alternativos que a veces se ven: W o E para energía radiante, P o F para flujo radiante, I para irradiancia, W para salida radiante.
- ^ a b c d e f g Las cantidades espectrales dadas por unidad de frecuencia se indican con el sufijo " ν " (griego), que no debe confundirse con el sufijo "v" (para "visual") que indica una cantidad fotométrica.
- ^ a b c d e f g Las cantidades espectrales dadas por unidad de longitud de onda se indican con el sufijo " λ " (griego).
- ^ a b Las cantidades direccionales se indican con el sufijo " Ω " (griego).
Referencias
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " Densidad de energía radiante ". doi : 10.1351 / goldbook.goldbook.R05040
- ^ a b c Karel Rusňák. Přenos energie elektromagnetickým vlněním . Departamento de Física, Facultad de Ciencias Aplicadas, Universidad de West Bohemia . 2005-11. Visitado el 2013-10-06.
- ^ Max Planck. La teoría de la radiación de calor . Ecuación 21. 1914.
- ^ Max Planck. La teoría de la radiación de calor . Ecuación 7. 1914.