Irradiance - Irradiance
Em radiometria , irradiância é o fluxo radiante ( potência ) recebido por uma superfície por unidade de área. A unidade SI de irradiância é o watt por metro quadrado (W⋅m −2 ). A unidade CGS erg por centímetro quadrado por segundo (erg⋅cm −2 ⋅s −1 ) é freqüentemente usada em astronomia . A irradiância é freqüentemente chamada de intensidade , mas esse termo é evitado na radiometria, onde tal uso leva à confusão com a intensidade radiante . Em astrofísica, a irradiância é chamada de fluxo radiante .
A irradiância espectral é a irradiância de uma superfície por unidade de freqüência ou comprimento de onda , dependendo se o espectro é tomado em função da freqüência ou do comprimento de onda. As duas formas têm dimensões diferentes : a irradiância espectral de um espectro de frequência é medida em watts por metro quadrado por hertz (W⋅m −2 ⋅Hz −1 ), enquanto a irradiância espectral de um espectro de comprimento de onda é medida em watts por metro quadrado por metro (W⋅m −3 ), ou mais comumente watts por metro quadrado por nanômetro (W⋅m −2 ⋅nm −1 ).
Definições matemáticas
Irradiance
A irradiância de uma superfície, denotada E e ("e" para "energético", para evitar confusão com as quantidades fotométricas ), é definida como
Onde
- ∂ é o símbolo da derivada parcial ;
- Φ e é o fluxo radiante recebido;
- A é a área.
Se quisermos falar sobre o fluxo radiante emitido por uma superfície, falamos de saída radiante .
Irradiância espectral
A irradiância espectral na frequência de uma superfície, denotada E e, ν , é definida como
onde ν é a frequência.
A irradiância espectral no comprimento de onda de uma superfície, denotada E e, λ , é definida como
onde λ é o comprimento de onda.
Propriedade
A irradiância de uma superfície também é, de acordo com a definição de fluxo radiante , igual à média do tempo do componente do vetor de Poynting perpendicular à superfície:
Onde
- ⟨•⟩ é a média de tempo;
- S é o vetor de Poynting;
- α é o ângulo entre um vector unitário normais à superfície e S .
Para uma onda plana eletromagnética polarizada linearmente senoidal em propagação , o vetor de Poynting sempre aponta para a direção de propagação enquanto oscila em magnitude. A irradiância de uma superfície é então dada por
Onde
- E m é a amplitude do campo elétrico da onda;
- n é o índice de refração do meio de propagação;
- c é a velocidade da luz no vácuo ;
- µ 0 é a permeabilidade ao vácuo ;
- ε 0 é a permissividade do vácuo .
Esta fórmula assume que a susceptibilidade magnética é desprezível, ou seja, que μ r ≈ 1 onde μ r é a permeabilidade magnética do meio de propagação. Essa suposição é normalmente válida em meios transparentes na faixa de frequência óptica .
Ponto de origem
Uma fonte pontual de luz produz frentes de onda esféricas. A irradiância, neste caso, varia inversamente com o quadrado da distância da fonte.
Onde
- r é a distância;
- P é o poder radiante;
- A é a área da superfície de uma esfera de raio r .
Para aproximações rápidas, esta equação indica que dobrar a distância reduz a irradiação para um quarto; ou similarmente, para a irradiação dupla, reduza a distância para 0,7. Quando não é uma fonte pontual, para fontes de luz reais, o perfil de irradiância pode ser obtido pela convolução da imagem de uma imagem da fonte de luz.
Energia solar
A irradiância global em uma superfície horizontal na Terra consiste na irradiância direta E e, dir e na irradiância difusa E e, diff . Em um plano inclinado, há outro componente de irradiância, E e, refl , que é o componente que é refletido do solo. A reflexão média do solo é cerca de 20% da irradiância global. Portanto, a irradiância E e em um plano inclinado consiste em três componentes:
A integral da irradiância solar ao longo de um período de tempo é chamada de " exposição solar " ou " insolação ".
Unidades de radiometria SI
Quantidade | Unidade | Dimensão | Notas | |||||
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Nome | Símbolo | Nome | Símbolo | Símbolo | ||||
Energia radiante | Q e | joule | J | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Energia da radiação eletromagnética. | |||
Densidade de energia radiante | w e | joule por metro cúbico | J / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | Energia radiante por unidade de volume. | |||
Fluxo radiante | Φ e | watt | W = J / s | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Energia radiante emitida, refletida, transmitida ou recebida, por unidade de tempo. Isso às vezes também é chamado de "poder radiante". | |||
Fluxo espectral | Φ e, ν | watt por hertz | W / Hz | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Fluxo radiante por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅nm −1 . | |||
Φ e, λ | watt por metro | W / m | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Intensidade radiante | I e, Ω | watt por steradian | W / sr | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Fluxo radiante emitido, refletido, transmitido ou recebido, por unidade de ângulo sólido. Esta é uma quantidade direcional . | |||
Intensidade espectral | I e, Ω, ν | watt por steradian por hertz | W⋅sr −1 ⋅Hz −1 | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Intensidade radiante por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅sr −1 ⋅nm −1 . Esta é uma quantidade direcional . | |||
I e, Ω, λ | watt por steradian por metro | W⋅sr −1 ⋅m −1 | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Radiance | L e, Ω | watt por steradian por metro quadrado | W⋅sr −1 ⋅m −2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante emitido, refletido, transmitido ou recebido por uma superfície , por unidade de ângulo sólido por unidade de área projetada. Esta é uma quantidade direcional . Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Radiância espectral | L e, Ω, ν | watt por steradian por metro quadrado por hertz | W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Radiância de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅nm −1 . Esta é uma quantidade direcional . Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". | |||
L e, Ω, λ | watt por steradian por metro quadrado, por metro | W⋅sr −1 ⋅m −3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Densidade de fluxo de irradiância |
E e | watt por metro quadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante recebido por uma superfície por unidade de área. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Irradiância espectral Densidade de fluxo espectral |
E e, ν | watt por metro quadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Irradiância de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". Unidades não SI de densidade de fluxo espectral incluem jansky (1 Jy = 10 −26 W⋅m −2 ⋅Hz −1 ) e unidade de fluxo solar (1 sfu = 10 −22 W⋅m −2 ⋅Hz −1 = 10 4 Jy). | |||
E e, λ | watt por metro quadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Radiosidade | J e | watt por metro quadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante saindo (emitido, refletido e transmitido por) uma superfície por unidade de área. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Radiosidade espectral | J e, ν | watt por metro quadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Radiosidade de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅m −2 ⋅nm −1 . Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". | |||
J e, λ | watt por metro quadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Saída radiante | M e | watt por metro quadrado | W / m 2 | M ⋅ T −3 | Fluxo radiante emitido por uma superfície por unidade de área. Este é o componente emitido da radiosidade. "Emitância radiante" é um termo antigo para essa quantidade. Às vezes, isso também é confundidamente chamado de "intensidade". | |||
Saída espectral | M e, ν | watt por metro quadrado por hertz | W⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Saída radiante de uma superfície por unidade de freqüência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em W⋅m −2 ⋅nm −1 . "Emitância espectral" é um termo antigo para essa quantidade. Isso às vezes também é confundidamente chamado de "intensidade espectral". | |||
M e, λ | watt por metro quadrado, por metro | W / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Exposição radiante | H e | joule por metro quadrado | J / m 2 | M ⋅ T −2 | Energia radiante recebida por uma superfície por unidade de área, ou equivalentemente irradiância de uma superfície integrada ao longo do tempo de irradiação. Isso às vezes também é chamado de "fluência radiante". | |||
Exposição espectral | H e, ν | joule por metro quadrado por hertz | J⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −1 | Exposição radiante de uma superfície por unidade de frequência ou comprimento de onda. O último é comumente medido em J⋅m −2 ⋅nm −1 . Isso às vezes também é chamado de "fluência espectral". | |||
H e, λ | joule por metro quadrado, por metro | J / m 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | |||||
Emissividade hemisférica | ε | N / D | 1 | Saída radiante de uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura dessa superfície. | ||||
Emissividade hemisférica espectral |
ε ν ou ε λ |
N / D | 1 | Saída espectral de uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície. | ||||
Emissividade direcional | ε Ω | N / D | 1 | Radiância emitida por uma superfície , dividida pela emitida por um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície. | ||||
Emissividade direcional espectral |
ε Ω, ν ou ε Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral emitida por uma superfície , dividida pela de um corpo negro na mesma temperatura daquela superfície. | ||||
Absorção hemisférica | UMA | N / D | 1 | Fluxo radiante absorvido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância ". | ||||
Absortância hemisférica espectral |
A ν ou A λ |
N / D | 1 | Fluxo espectral absorvido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância espectral ". | ||||
Absorção direcional | A Ω | N / D | 1 | Radiância absorvida por uma superfície , dividida pela radiância incidente sobre essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância ". | ||||
Absorção direcional espectral |
A Ω, ν ou A Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral absorvida por uma superfície , dividida pela radiância espectral incidente sobre essa superfície. Isso não deve ser confundido com " absorbância espectral ". | ||||
Refletância hemisférica | R | N / D | 1 | Fluxo radiante refletido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Refletância hemisférica espectral |
R ν ou R λ |
N / D | 1 | Fluxo espectral refletido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Refletância direcional | R Ω | N / D | 1 | Radiância refletida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Refletância direcional espectral |
R Ω, ν ou R Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral refletida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Transmitância hemisférica | T | N / D | 1 | Fluxo radiante transmitido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Transmitância hemisférica espectral |
T ν ou T λ |
N / D | 1 | Fluxo espectral transmitido por uma superfície , dividido pelo recebido por essa superfície. | ||||
Transmitância direcional | T Ω | N / D | 1 | Radiância transmitida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Transmitância direcional espectral |
T Ω, ν ou T Ω, λ |
N / D | 1 | Radiância espectral transmitida por uma superfície , dividida por aquela recebida por aquela superfície. | ||||
Coeficiente de atenuação hemisférica | µ | medidor recíproco | m -1 | L -1 | Fluxo radiante absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume. | |||
Coeficiente de atenuação hemisférica espectral |
μ ν ou μ λ |
medidor recíproco | m -1 | L -1 | Fluxo radiante espectral absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume. | |||
Coeficiente de atenuação direcional | μ Ω | medidor recíproco | m -1 | L -1 | O brilho absorvido e espalhado por um volume por unidade de comprimento, dividido pelo recebido por esse volume. | |||
Coeficiente de atenuação direcional espectral |
μ Ω, ν ou μ Ω, λ |
medidor recíproco | m -1 | L -1 | A radiância espectral absorvida e espalhada por um volume por unidade de comprimento, dividido pela recebida por esse volume. | |||
Veja também: SI · Radiometria · Fotometria |
Veja também
- Albedo
- Fluência
- Iluminância
- Insolação
- Difusão de luz
- Curva PI ( curva de irradiância-fotossíntese)
- Ângulo de azimute solar
- Irradiância solar
- Meio-dia solar
- Densidade de fluxo espectral
- Lei Stefan-Boltzmann