我们生活中的物体都具备一定的温度,而只要一个物体存在温度,它就会向外发出辐射。类似地,物体在发射辐射的同时也会接收其它物体的辐射。下面是对电磁辐射量进行计量的常见单位,资料来源于网络,特此整理以方便查询。
下面介绍的物理量包括辐射能、辐射通量(辐射功率)、辐射通量密度、辐射强度、辐射亮度(辐射率)。
一、辐射能
辐射能 \(\mathbf{Q}\) 表示辐射能量,单位是物理学中常见的能量单位焦耳 \(\mathbf{J}\),表示某物体发射出来的或者接收的辐射总能量。
二、辐射通量
辐射通量 \(\mathbf{\Phi}\) 的另一个更容易理解的名称为辐射功率,表示单位时间内某物体发射或者接收的能量,单位是瓦特 \(\mathbf{W}\),也就是焦耳每秒 \(\mathbf{J\cdot s^{-1}}\) .
三、辐射通量密度
辐射通量密度表示某物体单位时间、单位表面积发射或者接收的能量,单位是 \(\mathbf{J\cdot s^{-1} \cdot m^{-2}}\),我理解为辐射通量(辐射功率)的面密度。辐射通量密度进一步被划分为两类,一类描述发射,另一类描述接收。
3.1 辐射出射度
辐射出射度 \(\mathbf{M}\) 表示表面出射的辐射通量密度。单位仍然为 \(\mathbf{J\cdot s^{-1} \cdot m^{-2}}\)。
3.2 辐照度
辐照度 \(\mathbf{E}\) 表示表面接收的辐射通量密度。单位仍然为 \(\mathbf{J\cdot s^{-1} \cdot m^{-2}}\)。
四、辐射强度
辐射强度 \(\mathbf{I}\) 表示点辐射源单位立体角、单位时间的辐射能,单位是 \(\mathbf{J\cdot Sr^{-1}}\)。为理解该物理量需要介绍立体角 \(\mathbf{\Omega}\),以点辐射源为球心的球面面元面积与半径平方的比值称为立体角。
![](https://s1.ax1x.com/2023/05/03/p9JTIe0.png)
上图是点辐射源的辐射示意图,\(d\mathbf{\Omega} = \frac{d\mathbf{A}}{r^{2}}=sin\theta \cdot d\theta \cdot d\phi\),其中\(\theta\)为球面坐标系的天顶角,\(\phi\)为球面坐标系的方位角。辐射强度 \(\mathbf{I}=\frac{d\mathbf{\Phi}}{d\mathbf{\Omega}}\)。
五、辐射亮度
辐射亮度 \(\mathbf{L}\) 又称为辐射率,表示物体在单位时间、单位投影面积、单位立体角接收或者发射的辐射能,单位是\(\mathbf{W}\cdot\mathbf{Sr}^{-1}\cdot \mathbf{m}^{-2}\)。
对于朗伯体而言辐射通量密度与辐亮度之间的关系:
对于朗伯体而言,\(\mathbf{L}=\frac{\frac{d\mathbf{\Phi}}{d\mathbf{A}}}{d\mathbf{\Omega}\cdot cos\theta}=\frac{\mathbf{M}}{sin\theta\cdot cos\theta\cdot d\theta \cdot d\phi}\),在上半球面的\(2\pi\)立体角空间内积分,得到:
\(\mathbf{M}=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \int_{0}^{2\pi} \mathbf{L}sin\theta \cdot cos\theta \cdot d \theta \cdot d \phi=\mathbf{L}\cdot \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}sin\theta \cdot cos\theta \cdot d\theta \int_{0}^{2\pi}d\phi=\pi\mathbf{L}\)。
注意:上述关系适用于朗伯体,即辐射各向同性。
参考资料:Radiance - Wikipedia
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