Radiometrie je část optiky, která se zabývá měřením elektromagnetického záření, včetně viditelného světla. Radiometrie se zabývá měřením elektromagnetického záření v prostoru a používá tedy absolutní veličiny, zatímco fotometrie studuje obdobné veličiny, avšak z hlediska jejich působení na lidské oko.

Radiometrie našla důležité uplatnění v astronomii.

Radiometrické veličiny Fyzikání veličiny měřené v radiometrii se označují jako radiometrické veličiny (popř. energetické veličiny), popisují přenos energie zářením.

Radiometrické veličiny SI veličina symbol jednotka SI rozměr poznámka Zářivá energie Q joule J Zářivá energie vyjadřuje (celkové) množství energie, které dopadne na určitou plochu v prostoru za určitý čas. Zářivý tok Φenebo Pe watt W Zářivá energie za jednotku času procházející určitou plochou. Tato veličina je někdy označována jako zářivý výkon. Zářivost Ie watt na steradián W·sr−1 Výkon (hustota světelného toku) na jednotkový prostorový úhel. Zář Le watt na steradián na metr čtverečný W·sr−1·m−2 Výkon do jednotkového prostorového úhlu na "promítnutou" jednotkovou plochu zdroje. Ozářenost Ee nebo Ie watt na metr čtverečný W·m−2 Výkon dopadající na plochu – udává plošnou hustotu světelného toku. Intenzita vyzařování / zářivá exitance / zářivá emitance Me nebo He watt na metr čtverečný W·m−2 Výkon vyzářený jednotkovou plochou do celého poloprostoru – udává plošnou hustotu světelného toku, který vyzařuje nějaká plocha. Nezahrnuje odražené záření. Radiozita Je nebo Be watt na metr čtverečný W·m−2 Vlastní intenzita vyzařování plus intenzita odraženého záření z uvažované plochy. Spektrální zář Leλ watt na steradián na metr kubický W·sr−1·m−3 Jiné obvyklé vyjádření jednotek: W·sr−1·m−2·nm−1 Spektrální ozáření Eeλ watt na metr kubický W·m−3 Jiné obvyklé vyjádření jednotek: W·m−2·nm−1

Integrální a spektrální radiometrické veličiny Integrální veličiny (například zářivý tok) popisují celkový účinek záření všech vlnových délek nebo frekvencí, zatímco spektrální veličiny (například spektrální zářivý tok) popisují účinek záření jedné vlnové délky λ nebo frekvence ν. Ke každé integrální veličině existují odpovídající spektrální veličiny, například zářivému toku Φe odpovídá spektrální zářivý tok Φeλ resp. Φeν.

Abychom z integrální veličiny zjistili její spektrální protějšek, využijeme limitního přechodu. To vychází z představy, že pravděpodobnost, že existuje foton, který má právě požadovanou vlnovou délku, je nulová. Ukažme si tedy vztah mezi nimi na příkladu zářivého toku:

Integrální veličina – zářivý tok s jednotkou W:

Spektrální zářivý tok podle vlnové délky s jednotkou W/m:   kde je zářivý tok záření o vlnových délkách v malém intervalu

Spektrální zářivý tok podle frekvence s jednotkou W/Hz:   kde je zářivý tok záření o frekvencích v malém intervalu

Spektrální zářivý tok s jednotkou W, tedy stejnou jako integrální veličina:

Spektrální veličiny podle vlnové délky λ a frekvence ν jsou svázané vztahy, ve kterých vystupuje rychlost světla c:

Integrální veličinu lze získat integrací spektrální veličiny:

Pro všechny níže uvedené veličiny platí analogické vztahy.

Integrální a spektrální radiometrické veličiny Integrální veličina Spektrální veličina Veličina Vztah Veličina VztahZářivý tok Φe [Φe] = WSpektrální zářivý tok Φeλ [Φeλ] = W·m−1 Intenzita vyzařování He [He] = W·m−2 S’ je plocha, ze které záření vychází.Spektrální intenzita vyzařování Heλ [Heλ] = W·m−3 S’ je plocha, ze které záření vychází.Ozáření Ee [Ee] = W·m−2 S je ozářená plochaSpektrální ozáření Eeλ [Eeλ] = W·m−3 S je ozářená plocha.Zářivost Ie [Ie] = W·sr−1 Ω je prostorový úhel, do kterého zdroj září, [Ω] = sr Pro kuželový osvětlený prostor platí následující vztah: Ω = 2π(1-cosβ), kde β je poloviční vrcholový úhel kužele, do kterého zdroj svítí.Spektrální zářivost Ieλ [Ieλ] = W·m−1·sr−1 Ω je prostorový úhel, do kterého zdroj září.Zář Le [Le] = W·m−2·sr−1S je plocha v obecné poloze, ale veličina zář je definována jako výkon na jednotkovou plochu kolmou k paprsku. Toho je dosaženo právě užitím koeficientu v tomto vztahu, neboť díky němu je tato veličina nezávislá na volbě plochy.Spektrální zář Leλ [Leλ] = W·m−3·sr−1S je plocha v obecné poloze, ale veličina zář je definována jako výkon na jednotkovou plochu kolmou k paprsku. Toho je dosaženo právě užitím koeficientu v tomto vztahu, neboť díky němu je tato veličina nezávislá na volbě plochy.

Další vztahy mezi radiometrickými veličinami Z předchozího textu již víme, že zář je výkon na jednotkovou plochu kolmou k paprsku a na jednotkový prostorový úhel ve směru paprsku. Definujme tedy: je plocha, bod je jejím bodem. je směr paprsku, je úhel, který svírá normálový vektor plochy se směrovým vektorem paprsku. Úhel nemůže být větší než 90°. Potom zář odvodíme z veličiny zářivý tok pomocí limitního přechodu pro okolí bodu a pro prostorový úhel v okolí směrového vektoru blížících se nule. Tato úvaha vede na následující vztah:

Chceme-li vyjádřit ozáření v bodě , provedeme to, neformálně řečeno, tak, že nasčítáme všechny záře ze všech směrů pomocí následujícího vztahu:

, kde je faktor, který zohledňuje natočení plochy , na níž se bod nachází. značí hemisféru nad bodem .

Chceme-li z již známých veličin vyjádřit veličinu zářivý tok , který prochází plochou , sečteme pomocí integrálního počtu ozáření ve všech bodech plochy . Z této úvahy plyne následující vztah:

Odkazy

Poznámky

Související články optika fotometrie

Externí odkazy

Kategorie:Optika

Kategorie:Fyzikální veličiny