Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Поверхностная плотность потока излучения аф/ds представляет собой поток, приходящийся на единицу поверхности. Здесь приходится различать несколько понятий, хотя единицы и размерность их совпадают.
Интенсивность S — поток энергии излучения, проходящий в данном направлении и приходящийся на единицу поверхности, расположенной перпендикулярно на-
s s.2] энергетические характеристики излучения 213
правлению излучения. Интенсивность излучения элек* тромагнитных волн представляет собой вектор (вектор Пойнтинга):
S=[ExH](CH) (8.3)
или
S = ^lEXZZl(CrC). (8.3а)
Источник излучения характеризуется энергетической светностью R3 (прежнее название — светимость), т. е. полным потоком излучения с единицы поверхности источника. Применяются также названия излучательная или лучеиспускательная способность.
Энергетическая освещенность E3 измеряет плотность потока излучения, падающего на данную поверхность. Как легко видеть, при одной и той же интенсивности излучения энергетическая освещенность может быть различной в зависимости от ориентации поверхности, на которую падает излучение. При данной интенсивности S энергетическая освещенность будет пропорциональна синусу угла между направлением потока и направлением нормали к поверхности, на которую падает поток.
Размерности всех трех величин S, R3 и E3
[S] = [Rs] = [E9] = MT-3. (8.4)
Единицы в системах СИ и СГС соответственно втім2 и эрг!(сек • см2). Кроме системных единиц, как и для измерения потока, применяются также тепловые единицы кал!(сек • см2), ккал! (час • м2) и т. п.
Общее количество энергии излучения, падающей за некоторое время на единицу поверхности, измеряется энергетическим количеством освещения H3, которое определяется выражением
Нэ=\еэМ. (8.5)
о
Размерность
[H3] = MT'2. (8.6)
Кроме энергетической светности, источник излучения характеризуется энергетической силой света и энергетической яркостью. Энергетическая сила света /э
214
единицы излучения
[гл. 8
определяется как поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла в данном направлении. Для одного и того же источника энергетическая сила света может быть различной в разных направлениях. Размерность энергетической силы света совпадает с размерностью потока излучения, т. е. с размерностью мощности, поскольку в системах СИ и СГС у телесного угла нулевая размерность. В наименовании единиц энергетической силы света указывается единица телесного угла стерадиан. Соответствующие единицы вт/стер, эрг/стер.
Энергетическая яркость B3 представляет собой энергетическую силу света, приходящуюся на единицу площади проекции поверхности источника на направление, перпендикулярное направлению распространения излучения. Согласно этому определению
В> = ЧГ- <87>
Здесь
ds' = ds cos а,
где ds — размер элемента площадки, а а — угол между направлением излучения и направлением нормали к площадке.
Если излучение источника света удовлетворяет закону Ламберта, согласно которому
I3 = I30cosa (8.8)
(где I90 — энергетическая сила света в направлении, перпендикулярном к поверхности источника), то энергетическая яркость источника одинакова во всех направлениях. Такие источники называются ламбертовыми.
Размерность энергетической яркости та же, что и поверхностной плотности излучения
[B3] = МТ~3, (8.9)
единицы: вт/(м2 • стер) и эрг/(сек • см2 • стер).
Объемная плотность энергии излучения и. Энергия излучения, приходящаяся на единицу объема, называется объемной плотностью энергии излучения. Объемная плотность энергии (см. § 4.4) измеряется дж/м3, эрг/см3 и т. д.
§ 8.2j энергетические характеристики излучения 215
Особый интерес представляет объемная плотность энергии излучения, если это излучение сосредоточено в замкнутом объеме. В этом случае излучение подчиняется законам излучения абсолютно черного тела, в частности закону Стефана — Больцмаиа, согласно которому объемная плотность излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Если в оболочке, в которой заключено излучение, сделать малое (па сравнению с общей поверхностью) отверстие, то это отверстие будет абсолютно черным излучателем, энергетическая светность которого связана с объемной плотностью энергии излучения соотношением
Rb = ^UC1 (8.10)
где с — скорость света в пустоте. По закону Стефана — Больцмаиа
Я8 = оТ4, (8.11)
где о — постоянная Стефана — Больцмаиа:
с = 5,669 • 10~8 вт\{м ¦ К) = 5,669 • 10~5 эргЦсек • см2 ¦ °К).
Наряду с перечисленными выше энергетическими характеристиками излучения, имеющими интегральный характер, т. е. не относящимися к определенному участку спектра излучения, важное значение имеют спектральные характеристики, представляющие по существу функции распределения данной величины по длине волны или по частоте.
Поскольку излучение всякого источника не является идеально монохроматическим, а так или иначе распределено по спектру, действие излучения может быть весьма разнообразным. В отдельных случаях мы используем особенности распределения данного источника, в других — преобразуем излучение одного спектрального состава в другой (как, например, ультрафиолетовое излучение в видимое в люминесцентных лампах), наконец, иногда от определенной части излучения приходится защищаться и т. д.
