Облучённость (фотометрия)

Облучённость
${\displaystyle E_{e}}$
Размерность	M·T^-3
Единицы измерения
СИ	Вт·м^-2
СГС	эрг·см^-2·с^-1
Примечания
энергетическая фотометрическая величина

Облучённость ${\displaystyle E_{e}}$ — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин[1]. Характеризует поверхностную плотность мощности излучения, падающего на поверхность. Количественно равна отношению потока излучения ${\displaystyle d\Phi _{e}}$, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка ${\displaystyle dS}$[1][2]:

${\displaystyle E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{dS}}.}$

Численно облучённость равна модулю составляющей вектора Пойнтинга, перпендикулярной поверхности, усредненной за время, существенно превосходящее период электромагнитных колебаний.

Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): Вт·м^−2.

Если поверхность освещается точечным источником[3], то для её облучённости выполняется:

${\displaystyle E_{e}={\frac {I_{e}}{r^{2}}}\cos \theta ,}$

где ${\displaystyle I_{e}}$ — сила излучения источника в направлении интересующей точки поверхности, ${\displaystyle r}$ — расстояние между этой точкой и источником, а ${\displaystyle \theta }$ — угол, который нормаль к поверхности образует с направлением на источник.

Другое, используемое в литературе, но не предусмотренное ГОСТом[1] наименование облучённости, — энергетическая освещённость.

Спектральная плотность облучённости

Спектры облучённости, создаваемой солнечным излучением над атмосферой Земли и на уровне моря.

Спектральная плотность облучённости ${\displaystyle E_{e,\lambda }}$ — отношение величины облученности ${\displaystyle dE_{e},}$ приходящейся на малый спектральный интервал ${\displaystyle d\lambda ,}$ к ширине этого интервала:

${\displaystyle E_{e,\lambda }(\lambda )={\frac {dE_{e}}{d\lambda }}.}$

Единицей измерения ${\displaystyle E_{e,\lambda }}$ в системе СИ является Вт·м^−3. Поскольку длины волн принято измерять в нанометрах, то на практике используется Вт·м^−2·нм^−1.

Зависимость спектральной плотности облучённости от длины волны излучения называют спектром облучённости. На рисунке представлены спектры облучённости, создаваемой солнечным излучением за пределами земной атмосферы и на уровне моря. Там же для сравнения приведен спектр излучения абсолютно черного тела нагретого до температуры 5250 °С (~ 5525 К). Видно, что облучённость на поверхности Земли заметно ниже, чем в космосе, из-за поглощения излучения газами, составляющими атмосферу.

Световой аналог

В системе световых фотометрических величин аналогом облучённости является освещённость ${\displaystyle E_{v}}$. По отношению к облучённости освещённость является редуцированной фотометрической величиной, получаемой с использованием значений относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения ${\displaystyle V(\lambda )}$[4]:

${\displaystyle E_{v}=K_{m}\cdot \int \limits _{380~nm}^{780~nm}E_{e,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda ,}$

где ${\displaystyle K_{m}}$ — максимальная световая эффективность излучения[5], равная в системе СИ 683 лм/Вт[6]. Её численное значение следует непосредственно из определения канделы.

Энергетические фотометрические величины СИ

Сведения о других основных энергетических фотометрических величинах приведены в таблице. Обозначения величин даны по ГОСТ 26148—84[1].

Энергетические фотометрические величины СИ

Наименование (синоним[7])	Обозначения	Определение	Единица в СИ	Световой аналог
Энергия излучения (лучистая энергия)	${\displaystyle Q_{e}}$ или ${\displaystyle W}$	Энергия, переносимая излучением	Дж	Световая энергия
Поток излучения (лучистый поток)	${\displaystyle \Phi }$e или ${\displaystyle P}$	${\displaystyle \Phi _{e}={\frac {dQ_{e}}{dt}}}$	Вт	Световой поток
Сила излучения (энергетическая сила света)	${\displaystyle I_{e}}$	${\displaystyle I_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\Omega }}}$	Вт·ср^−1	Сила света
Объёмная плотность энергии излучения	${\displaystyle U_{e}}$	${\displaystyle U_{e}={\frac {dQ_{e}}{dV}}}$	Дж·м^−3	Объёмная плотность световой энергии
Энергетическая светимость	${\displaystyle M_{e}}$	${\displaystyle M_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{dS_{1}}}}$	Вт·м^−2	Светимость
Энергетическая яркость	${\displaystyle L_{e}}$	${\displaystyle L_{e}={\frac {d^{2}\Phi _{e}}{d\Omega \,dS_{1}\,\cos \varepsilon }}}$	Вт·м^−2·ср^−1	Яркость
Интегральная энергетическая яркость	${\displaystyle \Lambda _{e}}$	${\displaystyle \Lambda _{e}=\int _{0}^{t}L_{e}(t')dt'}$	Дж·м^−2·ср^−1	Интегральная яркость
Энергетическая экспозиция	${\displaystyle H_{e}}$	${\displaystyle H_{e}={\frac {dQ_{e}}{dS_{2}}}}$	Дж·м^−2	Световая экспозиция
Спектральная плотность энергии излучения	${\displaystyle Q_{e,\lambda }}$	${\displaystyle Q_{e,\lambda }={\frac {dQ_{e}}{d\lambda }}}$	Дж·м^−1	Спектральная плотность световой энергии

Здесь ${\displaystyle dS_{1}}$ — площадь элемента поверхности источника, ${\displaystyle dS_{2}}$ — площадь элемента поверхности приёмника, ${\displaystyle \varepsilon }$ — угол между нормалью к элементу поверхности источника и направлением наблюдения.

Примечания

1. ГОСТ 26148—84. Фотометрия. Термины и определения.. — М.: Издательство стандартов, 1984. — 24 с. Архивировано 10 января 2017 года.
2. Облученность. Статья в Физической энциклопедии.  (неопр.) Дата обращения: 12 июня 2012. Архивировано 22 марта 2012 года.
3. Точечным можно считать любой источник, если расстояние между ним и точкой наблюдения достаточно велико по сравнению с его размерами.
4. ГОСТ 8.332-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Световые измерения. Значения относительной спектральной световой эффективности монохроматического излучения для дневного зрения.  (неопр.) Дата обращения: 12 июня 2012. Архивировано 4 октября 2013 года.
5. В литературе используется также термин «фотометрический эквивалент излучения».
6. ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.  (неопр.) Дата обращения: 12 июня 2012. Архивировано из оригинала 10 ноября 2012 года.
7. Наименование, используемое в литературе, но не входящее в число рекомендованных в системе СИ и в ГОСТах.