Como ya sabemos, una onda se caracteriza por la transferencia de energía. Por tanto, las ondas electromagnéticas también transportan energía consigo. Consideremos una superficie con área S. Supongamos que las ondas electromagnéticas transfieren energía a través de ella.

La siguiente figura muestra dicha superficie.

Densidad de flujo de radiación electromagnética

Las líneas indican las direcciones de propagación de las ondas electromagnéticas. Las líneas perpendiculares a la superficie, en todos los puntos en los que se producen vibraciones en las mismas fases, se denominan rayos. Y estas superficies se llaman superficies onduladas.

La densidad de flujo de la radiación electromagnética es la relación entre la energía electromagnética ∆W que pasa a través de una superficie de área S perpendicular a los rayos, durante el tiempo ∆t, y el producto de S por ∆t.

Yo = ∆W/(S*∆t)

La unidad SI de densidad de flujo magnético es vatios por metro cuadrado(W/m^2). Expresemos la densidad de flujo a través de la velocidad de su propagación y la densidad de energía electromagnética.

Tomemos una superficie S perpendicular a los rayos. Construyamos un cilindro con base c*∆t.

Aquí c es la velocidad de propagación de la onda electromagnética. El volumen del cilindro se calcula mediante la fórmula:

∆V = S*c*∆t.

La energía del campo electromagnético concentrado en el interior del cilindro se calculará mediante la siguiente fórmula:

Aquí ω es la densidad de energía electromagnética. Esta energía pasará por la base derecha del cilindro en el tiempo ∆t. Obtenemos la siguiente fórmula:

Yo = (ω*c*S*∆t)/(S*∆t) = ω*c.

La energía disminuirá a medida que te alejes de la fuente. Se cumplirá el siguiente patrón: la dependencia de la densidad de corriente de la distancia a la fuente. La densidad de flujo de radiación dirigida desde una fuente puntual disminuirá en proporción inversa al cuadrado de la distancia a la fuente.

I = ∆W/(S*∆t) = (∆W/(4*pi∆t))*(1/R^2).

Las ondas electromagnéticas se emiten por el movimiento acelerado de partículas cargadas. En este caso, la intensidad del campo eléctrico y el vector de inducción magnética de la onda electromagnética serán directamente proporcionales a la aceleración de las partículas.

Si consideramos vibraciones armónicas, entonces la aceleración será directamente proporcional al cuadrado de la frecuencia cíclica. La densidad de energía total del campo electromagnético será igual a la suma de la densidad de energía del campo eléctrico y la energía del campo magnético.

Según la fórmula I = ω*c, la densidad de flujo es proporcional a la densidad de energía total del campo electromagnético.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, tenemos.

Flujo de radiación. 2. El concepto de espectro de radiación electromagnética.

3. El principio de medir la distribución del flujo de radiación en todo el espectro. 4. Intensidad espectral del flujo de radiación. 5. Cantidades de energía.

Potencia (o flujo) de radiación tome la energía transferida por unidad de tiempo. Medido en vatios (W). A menudo, las propiedades de la radiación se expresan no sólo por la potencia total, sino también por su distribución en el espectro (fig. 1.2).

Para caracterizar la distribución espectral del flujo de radiación con un espectro continuo, se utiliza una cantidad llamada intensidad espectral (o densidad espectral) de radiación.

Seleccionemos en la curva de distribución espectral del flujo de radiación un cierto intervalo finito de longitudes de onda, que representa la potencia de radiación. Entonces

Y

Conociendo la distribución de la función a lo largo del espectro, es posible determinar el flujo de radiación de cualquier parte del espectro en el intervalo:

Si

Entonces la fórmula tomará la forma que expresa la potencia total de radiación con un espectro continuo:

El poder de la luz(I). En luminotecnia esta cantidad se considera básica. Esta elección no tiene una base fundamental, sino que se hace por motivos de comodidad, ya que la intensidad de la luz no depende de la distancia. La intensidad energética de la luz en una dirección determinada se entiende como el flujo de radiación por unidad de ángulo sólido.

En unidades de energía donde está el ángulo sólido expresado en estereorradián (sr) La intensidad energética de la luz se expresa en vatios por estereorradián (W/sr).

Ángulo sólido. Un ángulo sólido es una parte del espacio delimitada por superficie cónica y cerrado contorno curvilíneo, sin pasar por el vértice de la esquina (Fig. 1.4).

Iluminación(MI). Se entiende por iluminación energética el flujo de radiación por unidad de superficie de la superficie iluminada Q:

La irradiancia se expresa en .

Luminosidad(R). Se entiende por luminosidad, para cantidades de energía y luz, respectivamente, el flujo total de radiación emitido desde una unidad de área de una superficie luminosa o reflectante.

,

Brillo(EN). Se entiende por brillo energético () de una fuente de radiación en una dirección determinada la intensidad energética de la luz de una fuente en esta dirección, por unidad de área de proyección de su superficie sobre un plano perpendicular a una dirección determinada:

La unidad de medida es : Relacionando el valor con la cantidad principal - el flujo de radiación Ф y teniendo en cuenta eso , obtenemos

El brillo caracteriza no solo las fuentes que emiten luz directamente, sino también las fuentes secundarias: cuerpos que reflejan la luz de la fuente primaria.

Energía de radiación medido en julios o .

donde Ф(t) es función de los cambios en el flujo de radiación a lo largo del tiempo.

Energía exposición- densidad de energía de radiación superficial en la superficie iluminada. La unidad de medida es.

Tratándose de valores fijos y teniendo en cuenta que:

Pregunta número 2.

6. El concepto de receptor de radiación. 7. Reacciones del receptor. 8. Clasificación de receptores de radiación. 10. Sensibilidad espectral del receptor de radiación. 11. Característica del ojo como receptor. 12. Flujo luminoso(F).13. Relación entre flujo luminoso y flujo de radiación. 14. Curva de visibilidad.

6. Como resultado de la absorción de luz en los medios y cuerpos, surgen una serie de fenómenos:

Un cuerpo que ha absorbido radiación comienza a irradiarse a sí mismo. En este caso, la radiación secundaria puede tener un rango espectral diferente al absorbido. Por ejemplo, cuando se ilumina con luz ultravioleta, el cuerpo emite luz visible.

La energía de la radiación absorbida se convierte en energía eléctrica, como en el caso del efecto fotoeléctrico, o produce un cambio en las propiedades eléctricas del material, como ocurre en los fotoconductores. Estas transformaciones se denominan fotofísicas.

Otro tipo de transformación fotofísica es la transición de la energía de radiación a energía térmica. Este fenómeno ha encontrado aplicación en termopares utilizados para medir la potencia de radiación.

La energía de la radiación se convierte en energía química. Se produce una transformación fotoquímica de la sustancia que ha absorbido la luz. Esta transformación ocurre en la mayoría de los materiales fotosensibles.

7. Los cuerpos en los que se producen tales transformaciones bajo la influencia de la radiación óptica han recibido en luminotecnia el nombre general " receptores de radiación".

8. Clasificación de receptores de radiación.

Convencionalmente, los receptores de radiación se pueden dividir en tres grupos.

1. El receptor natural de la radiación es el ojo humano.

2. Todo un grupo de receptores de radiación está formado por materiales fotosensibles, utilizando métodos tradicionales o digitales: fotografía de proyección, copia por contacto, grabación de imágenes elemento por elemento mediante láseres o tiras de LED.

3. Los receptores son también elementos fotosensibles de instrumentos de medida (densitómetros, colorímetros, espectrofotómetros, etc.) y sensores de dispositivos de control óptico utilizados en equipos de impresión.

10. Sensibilidad espectral del receptor de radiación.

La sensibilidad espectral depende de la longitud de onda.

S=cPλ efectivo. / Φλ y Pλ eff.=kΦλSλ (para radiación monocromática)

Las cantidades Φλ y Pλ se denominan flujo de radiación monocromática y flujo efectivo monocromático, respectivamente, y Sλ se denomina sensibilidad espectral monocromática.

La mayoría de Los receptores utilizados en luminotecnia e impresión tienen un rango limitado de sensibilidad espectral. Así, el ojo humano es sensible a la zona "visible" del espectro (de 400 a 700 nm), las películas fotográficas son sensibles a las zonas ultravioleta y visible cercanas, y las capas de copia son sensibles a las zonas ultravioleta y azul del espectro. .

Pregunta 3 Característica del ojo como receptor. Flujo luminoso(F).

Su conexión con el flujo de radiación. Curva de visibilidad. Relación entre K y Vλ y su definición. Cantidades de luz La diferencia entre los flujos de luz y energía en el rango de 400-700 nm.

11. Característica del ojo como receptor.

El efecto de la luz en el ojo provoca una determinada reacción. Dependiendo del nivel de acción del flujo de luz, funciona uno u otro tipo de receptores del ojo sensibles a la luz, llamados bastones o conos. En condiciones de poca luz, el ojo ve los objetos circundantes mediante bastones. En niveles altos Después de la iluminación, comienza a funcionar el aparato de visión diurna, del que son responsables los conos. Además, los conos, según su sustancia fotosensible, se dividen en tres grupos (sensibles al rojo, sensibles al verde y sensibles al azul) con diferentes sensibilidades en diferentes regiones del espectro. Por tanto, a diferencia de las varillas, reaccionan no sólo al flujo de luz, sino también a su composición espectral. En este sentido, podemos decir que el efecto de la luz es bidimensional. La característica cuantitativa de la reacción del ojo asociada con el nivel de iluminación se llama luminosidad. La característica cualitativa asociada a los diferentes niveles de reacción de los tres grupos de conos se llama cromaticidad.

12. Flujo luminoso (F).

Se entiende por flujo luminoso la potencia de la radiación evaluada por su efecto sobre el ojo humano. La unidad de medida del flujo luminoso es el lumen (lm).

13. Relación entre flujo luminoso y flujo de radiación.

Para radiación monocromática:

Para radiación integral:

F=680ʃύλΦλdλ (bajo el signo integral λ=380nm, y encima del signo integral λ=780nm).

14. Curva de visibilidad.

Una característica importante de interés práctico es la curva de distribución de la sensibilidad espectral relativa del ojo (eficiencia luminosa espectral relativa) a la luz del día ύλ=ƒ(λ)

ύλ=Vλ / Vλmáx,

donde Vλ y Vλ max son los valores absolutos de la sensibilidad del ojo a la radiación con longitud de onda λ y la sensibilidad máxima del ojo.

En condiciones de luz diurna, el ojo humano tiene una sensibilidad máxima a la radiación con λ = 555 nm (ν555 = 1).

400 500 600 λ, nm

15. Relación entre K y Vλ y su definición

Vλ- el valor absoluto de la sensibilidad del ojo a la radiación con longitud de onda λ. Se ha establecido que en condiciones de luz diurna el ojo humano tiene una sensibilidad máxima a la radiación con λ = 555 nm( V555=1). En este caso, por cada unidad de flujo luminoso de F 555 existe una potencia de radiación de F 555 = 0,00146 W. La relación entre el flujo luminoso F 555 y Ф 555 se denomina eficiencia luminosa espectral: k= F 555/ Ф 555= 680[lm/W] Para cualquier longitud de onda de radiación en el rango visible k=const.

Cantidades de luz

Hay 2 sistemas unitarios: energía y luz. Las cantidades de luz incluyen: 1) Flujo luminoso (F): potencia de radiación, estimada por su efecto en el ojo humano. La unidad de medida es lumen (lm). 2) Iluminación (E) – flujo luminoso incidente por unidad de área de la superficie iluminada (Q). Unidad de medida - lux. La unidad de iluminación es la iluminación creada por un flujo luminoso uniformemente distribuido de 1 lm por 1 m (al cuadrado) de superficie. E= ∂F/∂Q 3) Luminosidad (R): el flujo total de radiación (flujo luminoso) emitido por una unidad de área de una superficie luminosa o reflectante. Unidad de medida – ​​lm/m (cuadrado) R=∂F/∂Q.4) Brillo (V)- V=

Unidad de medida - cd/m (cuadrado) 5) Energía luminosa (W) W=∫F(t)∂t, lm*s 6) exposición a la luz (N) - densidad superficial de la energía luminosa en la superficie iluminada H=E *t,lx*s

GHS Notas flujo de radiación $\backslash Phi\_e$ - magnitud física, una de las cantidades fotométricas de energía. Caracteriza la potencia transferida por la radiación óptica a través de cualquier superficie. Igual a la proporción energía transferida por radiación a través de una superficie hasta el momento de la transferencia. Se entiende que la duración de la transferencia se elige de modo que supere significativamente el período de oscilaciones electromagnéticas. La denominación utilizada es $\backslash Phi\_e$ o $PAG$ .

Así, para $\backslash Phi\_e$ realizado:

$\backslash Phi\_e=\backslash frac(dQ\_e)(dt),$ Mar.

Dónde $dQ\_e$- energía de radiación transferida a través de la superficie a lo largo del tiempo $dt$.

Entre las cantidades de luz, un análogo del concepto "flujo de radiación" es el término "flujo luminoso". La diferencia entre estas cantidades es la misma que la diferencia entre cantidades de energía y luz en general.

Densidad de flujo espectral

Si la radiación no es monocromática, en muchos casos resulta útil utilizar una cantidad como la densidad de flujo espectral de la radiación. La densidad del flujo de radiación espectral es el flujo de radiación por unidad pequeña de rango del espectro. Los puntos del espectro se pueden especificar por sus longitudes de onda, frecuencias, energías de cuantos de radiación, números de onda o cualquier otro método. Si la variable que determina la posición de los puntos del espectro es una cantidad determinada $X$, entonces la densidad de flujo de radiación espectral correspondiente se denota como $\backslash Phi\_(e,x)$ y se define como la relación entre la cantidad $d\; \backslash Phi\; \_e(x),$ cayendo en un pequeño intervalo espectral concluido entre $X$ Y $x+dx,$ al ancho de este intervalo:

$\backslash Phi\_(e,x)(x)=\backslash frac(d\backslash Phi\_e(x))(dx).$

En consecuencia, en el caso de utilizar longitudes de onda para la densidad de flujo de radiación espectral, se cumplirá lo siguiente:

$\backslash Phi\_(e,\backslash lambda)(\backslash lambda)=\backslash frac(d\backslash Phi\_e(\backslash lambda))(d\backslash lambda),$

y cuando se usa la frecuencia -

$\backslash Phi\_(e,\backslash nu)(\backslash nu)=\backslash frac(d\backslash Phi\_e(\backslash nu))(d\backslash nu).$

Hay que tener en cuenta que los valores de densidad de flujo de radiación espectral en un mismo punto del espectro, obtenidos utilizando diferentes coordenadas espectrales, no coinciden entre sí. Es decir, por ejemplo, $\backslash Phi\_(e,\backslash nu)(\backslash nu)\backslash ne\backslash Phi\_(e,\backslash lambda)(\backslash lambda).$ Es fácil demostrar que, teniendo en cuenta

$\backslash Phi\_(e,\backslash nu)(\backslash nu)=\backslash frac(d\backslash Phi\_e(\backslash nu))(d\backslash nu)=\backslash frac(d\backslash lambda)(d\backslash nu)\backslash frac(d\backslash Phi\_e(\backslash \; lambda))(d\backslash lambda)$ Y $\backslash lambda=\backslash frac(c)(\backslash nu)$

la proporción correcta toma la forma:

$\backslash Phi\_(e,\backslash nu)(\backslash nu)=\backslash frac(\backslash lambda^2)(c)\backslash Phi\_(e,\backslash lambda)(\backslash lambda).$

ver también

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Notas

Un extracto que caracteriza el flujo de radiación.

En el ejército ruso, a medida que se retira, el espíritu de amargura contra el enemigo se enciende cada vez más: al retirarse, se concentra y crece. Hay un enfrentamiento cerca de Borodino. Ningún ejército se desintegra, pero Ejército ruso inmediatamente después de la colisión, retrocede tan necesariamente como una pelota se aleja rodando cuando choca con otra pelota que corre hacia ella con mayor velocidad; e igualmente inevitablemente (aunque haya perdido toda su fuerza en la colisión) la bola de invasión que se dispersa rápidamente rueda sobre un espacio mayor.
Los rusos se retiran ciento veinte verstas; más allá de Moscú, los franceses llegan a Moscú y se detienen allí. Durante las cinco semanas posteriores a esto no hay ni una sola batalla. Los franceses no se mueven. Como un animal herido de muerte que, sangrando, se lame las heridas, se quedan cinco semanas en Moscú sin hacer nada, y de repente, sin ningún motivo nuevo, regresan corriendo: corren hacia la carretera de Kaluga (y después de la victoria, desde nuevamente el campo de batalla quedó detrás de ellos cerca de Maloyaroslavets), sin entablar una sola batalla seria, corrieron aún más rápido de regreso a Smolensk, más allá de Smolensk, más allá de Vilna, más allá de Berezina y más allá.
En la tarde del 26 de agosto, tanto Kutuzov como todo el ejército ruso confiaban en que se había ganado la batalla de Borodino. Kutuzov le escribió al soberano de esta manera. Kutuzov ordenó preparar una nueva batalla para acabar con el enemigo, no porque quisiera engañar a nadie, sino porque sabía que el enemigo estaba derrotado, como lo sabía cada uno de los participantes en la batalla.
Pero esa misma noche y al día siguiente empezaron a llegar, una tras otra, noticias sobre pérdidas inauditas, sobre la pérdida de la mitad del ejército, y una nueva batalla resultó físicamente imposible.
Era imposible dar batalla cuando aún no se había recopilado información, no se había retirado a los heridos, no se habían repuesto los proyectiles, no se habían contado los muertos, no se habían nombrado nuevos comandantes para reemplazar a los muertos, la gente no había comido ni durmió.
Y al mismo tiempo, inmediatamente después de la batalla, a la mañana siguiente, el ejército francés (debido a esa rápida fuerza de movimiento, ahora aumentada como en proporción inversa a los cuadrados de las distancias) ya avanzaba solo sobre el territorio ruso. ejército. Kutuzov quería atacar al día siguiente y todo el ejército quería esto. Pero para atacar no basta con el deseo de hacerlo; Es necesario que haya una oportunidad para hacer esto, pero esa oportunidad no estaba ahí. Fue imposible no retroceder a una transición, luego, de la misma manera, fue imposible no retroceder a otra y tercera transición, y finalmente el 1 de septiembre, cuando el ejército se acercó a Moscú, a pesar de toda la fuerza del sentimiento creciente en el filas de las tropas, se exigía la fuerza de las cosas para que estas tropas marcharan hacia Moscú. Y las tropas se retiraron una vez más, hasta el último cruce y entregaron Moscú al enemigo.
Para aquellas personas que están acostumbradas a pensar que los planes para las guerras y las batallas los elaboran los comandantes, de la misma manera que cada uno de nosotros, sentado en su oficina sobre un mapa, hace consideraciones sobre cómo y cómo gestionaría tal o cual batalla. , surgen preguntas sobre por qué Kutuzov no hizo esto y aquello durante la retirada, por qué no tomó posición frente a Fili, por qué no se retiró inmediatamente a la carretera de Kaluga, abandonó Moscú, etc. al pensar así olvidan o desconocen esas condiciones inevitables en las que siempre se desarrollan las actividades de todo comandante en jefe. La actividad de un comandante no tiene el más mínimo parecido con la actividad que imaginamos, sentados libremente en un despacho, analizando en el mapa alguna campaña con un número conocido de tropas, en ambos bandos y en una zona determinada, e iniciando nuestra Consideraciones con lo que algún momento famoso. El comandante en jefe nunca se encuentra en las condiciones del inicio de algún evento en las que siempre consideramos el evento. El comandante en jefe está siempre en medio de una serie de acontecimientos conmovedores, por lo que nunca, en ningún momento, es capaz de pensar en todo el significado del acontecimiento que está teniendo lugar. Un evento es imperceptiblemente, momento a momento, cortado en su significado, y en cada momento de este corte secuencial y continuo del evento, el comandante en jefe se encuentra en el centro de un juego complejo, intriga, preocupaciones, dependencia, poder. , proyectos, consejos, amenazas, engaños, se ve constantemente en la necesidad de responder a las innumerables preguntas que se le proponen, siempre contradiciéndose entre sí.

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El flujo de radiación total caracteriza una fuente determinada; este flujo no puede aumentarse mediante ningún sistema óptico. En este caso, la intensidad de la luz / (6, φ) aumenta en algunas direcciones y disminuye en otras.

Dado que el flujo de radiación total de un láser de conmutación Q excede significativamente el flujo permitido para una fotocélula plana, el haz debe atenuarse linealmente de una forma u otra para que el flujo que incide en el receptor se reduzca significativamente. Como ya hemos mencionado, los métodos de atenuación óptica convencionales no son adecuados. Por lo tanto, para atenuar el haz, se dispersa mediante un objetivo difuso de modo que la densidad de flujo se reduce al reflejar la energía en un hemisferio de radio R. Aunque un bloque de óxido de magnesio comprimido es uno de los mejores objetivos de dispersión disponibles actualmente, como un El objetivo no es completamente lambertiano. Además, la difusividad del óxido de magnesio depende de la longitud de onda, especialmente en la región infrarroja, como se muestra en la Fig.

Los métodos de flujos de radiación total no pueden revelar claramente la imagen física completa de la ocurrencia de la transferencia de calor radiativo, pero permiten obtener datos calculados sin cálculos engorrosos.

Por esta razón, el flujo de radiación total desde la superficie de una partícula de aerosol calentada es notablemente menor que el flujo desde la superficie de una partícula masiva del mismo material. En este caso, el espectro de emisión de una pequeña partícula de aerosol se desplaza a longitudes de onda cortas en comparación con el espectro de emisión de una partícula masiva.

Valores típicos de iluminancia.| Revisión de características y definiciones fotométricas.| Salida luminosa de un cuerpo completamente negro.

Los filtros ópticos ayudan a optimizar las características espectrales y el flujo total de la fuente de radiación que llega a un transductor óptico, como una lente, así como la respuesta del elemento sensor.

Estudiamos la transmisión del flujo completo de radiación de una lámpara de infrarrojos Mazda 250 VPG para secar diferentes variedades de jugo lechoso.

El método integral es un método que sintetiza la representación de múltiples métodos de reflexión y flujos de radiación totales. Se basa en ecuaciones integrales, que se compilan en relación con tipos individuales de radiación. Las ecuaciones integrales describen los procesos de transferencia de radiación con una distribución arbitraria de las propiedades ópticas del sistema radiante de cuerpos y el medio intermedio, dependiendo continuamente de la coordenadas del punto. Son de carácter general y riguroso, lo que permite comprender completamente la esencia de los fenómenos de transferencia radiativa y estudiarlos en sistemas geométricos complejos. Sin embargo, la resolución de ecuaciones integrales está asociada a importantes dificultades.

El método integral es un método que sintetiza la representación de múltiples métodos de reflexión y flujos de radiación totales. Se basa en ecuaciones integrales que se compilan en relación con tipos individuales de radiación. Las ecuaciones integrales describen los procesos de transferencia de radiación con una distribución arbitraria de las propiedades ópticas del sistema radiante de cuerpos y el medio intermedio, que dependen continuamente de las coordenadas del punto. Son de carácter general y riguroso, lo que permite comprender completamente la esencia de los fenómenos de transferencia radiativa y estudiarlos en sistemas geométricos complejos. Sin embargo, la resolución de ecuaciones integrales está asociada a importantes dificultades. Por ello, recurren a simplificarlos.

En el cuadro resumen se aceptan las siguientes designaciones: FT: medidas del flujo total de radiación de la lámpara; IR: mediciones solo para la parte infrarroja de esta corriente.

La fuente de radiación se caracteriza por la energía luminosidad (emisividad) R3, es decir flujo total de radiación desde una unidad de superficie de la fuente.

El uso de pirómetros de radiación para medir la temperatura de cuerpos reales es aconsejable en los casos en que el flujo de radiación total de un objeto R difiere poco de 0 a la misma temperatura.

Un fenómeno aerotermoquímico unidimensional ocurre si los vectores de velocidad de masa promedio, fuerzas de masa y flujo de radiación total se dirigen a lo largo de uno de los tres ejes de coordenadas mutuamente ortogonales, y todos los parámetros termodinámicos del flujo permanecen constantes en superficies ortogonales a este eje.

En esencia, solo se determinan con seguridad el índice espectral a (ver Fig. 53) y el flujo de radiación total, a partir del cual no es tan fácil pasar a la intensidad espectral, porque se estiman el tamaño del objeto y la distancia a él. con cierta incertidumbre.