Radiometrické veličiny se symboly a jednotkami

Radiometrické veličiny popisují elektromagnetické záření v energetických jednotkách, nezávisle na citlivosti oka – v technické praxi především UV a IR záření. Čtyřmi základními veličinami jsou zářivý tok Φ ve wattech, ozářenost E v W/m² nebo mW/cm², zář L a zářivost I. Tento obor se nazývá radiometrie; protějšky vážené citlivostí oka jsou fotometrické veličiny.

Radiometrické veličiny jsou měřené veličiny, které se vztahují k celkovému elektromagnetickému záření. V technických aplikacích se to využívá jako UV záření nebo IR záření. Tento obor se nazývá radiometrie. Záření se klasifikuje podle vlnové délky záření.

Následující diagram znázorňuje čtyři radiometrické veličiny. Tabulka obsahuje pro každou veličinu grafické znázornění, matematickou definici, jednotku a stručné vysvětlení.

1. Zářivý tok Φ
2. Ozářenost E
3. Zář L
4. Zářivost I

Tabulka ke stažení: Radiometrické veličiny a jednotky (XLSX) – s převodními koeficienty a spektrálními rozsahy podle DIN/ISO 20473. Veličiny vážené citlivostí oka jsou uvedeny v části fotometrické veličiny, veličiny týkající se barev v části kolorimetrické veličiny, mezní hodnoty pásem v části spektrální rozsahy a normy. Všechny veličiny společně – se symbolem, jednotkou a příslušným kalkulátorem – naleznete v glosáři optických veličin.

Radiant flux

Zářivý tok, také known jako zářivý výkon, je celkové množství energie vyzářené zdrojem záření ve všech směrech za jednotku času. Jednotkou zářivého toku je watt (W).

• Značka veličiny: Φ
• Jednotka: W
• Definice: Celkový vyzářený zářivý výkon.

Příklad:

Standardní žárovka s příkonem 60 W vyzáří přibližně 57 W jako zářivý tok, zbytek se ztrácí jako tepelná energie. Těchto 57 W je rozloženo do viditelného a infračerveného spektra.

Zářivý tok se měří v integrační kouli.

Ozářenost

Ozářenost je fyzikální veličina, která popisuje hustotu výkonu záření dopadajícího na povrch. Je definována jako zářivý výkon dopadající na plošný element povrchu vztažený na jeho plochu. Jednotkou ozářenosti je watt na metr čtvereční (W/m²) nebo miliwatt na centimetr čtvereční (mW/cm²). Pro měření ozářenosti je vhodný UV meter.

• Značka veličiny: E
• Jednotka: W/m², mW/cm²
• Definice: Zářivý výkon dopadající na plošný element povrchu, vztažený na jeho plochu.

Ozářenost udává, kolik energie ve formě záření dopadá na určitou plochu za jednotku času. Šikmo dopadající záření se počítá s kosinusem úhlu dopadu; měřicí hlavice jsou proto kosinusově korigované.
Tip: Převod W/m² na mW/cm²

Příklad:

Průměrná ozářenost sluncem na povrchu Země za jasného dne je přibližně 1 000 W/m². To znamená, že každý metr čtvereční povrchu Země obdrží 1 000 W záření.

Ozářenost se měří radiometrem.

Zář

Zář je fyzikální veličina, která popisuje zářivý výkon vyzářený zdrojem záření na jednotku plochy a na jednotku prostorového úhlu. Měří se ve wattech na metr čtvereční na steradián (W/(m²-sr)).

• Značka veličiny: L
• Jednotka: W/(sr m²)
• Definice: Podíl vyzářeného zářivého toku a součinu plošného elementu a prostorového úhlu.

Zář zohledňuje jak plochu zdroje záření, tak prostorový úhel, ve kterém je záření vyzařováno.

Příklad:

Slunce má vysokou zář, protože vyzařuje velké množství zářivé energie do vesmíru z relativně malé plochy.

Zářivá intenzita

Zářivá intenzita je fyzikální veličina, která popisuje tok záření v určitém směru na jednotku prostorového úhlu. Používá se k vyjádření intenzity záření v konkrétním směru. Jednotkou zářivé intenzity je watt na steradián (W/sr).

• Značka veličiny: I
• Jednotka: W/sr
• Definice: Podíl vyzářeného zářivého toku v definovaném směru a elementu prostorového úhlu.

Zářivá intenzita popisuje množství energie vyzářené zdrojem záření v určitém směru v rámci prostorového úhlu. Je mírou směrové závislosti vyzařovaného výkonu.

Příklad:

LED se zářivým tokem 1 W má zářivou intenzitu 10 W/sr, pokud vyzařuje světlo do prostorového úhlu 0,1 sr. To znamená, že vyzářená energie je silně soustředěna do malého prostorového úhlu.

Jaký je rozdíl mezi ozářeností a dávkou?
Ozářenost E (W/m² nebo mW/cm²) je okamžitý výkon na jednotku plochy; ozáření (dávka ozáření) je jejím integrálem v čase, H (J/m² nebo mJ/cm²). Při konstantní ozářenosti platí H = E · t. Ozářenost určuje, jak rychle je dávka dosažena; zda nastane zamýšlený účinek, obvykle rozhoduje dávka. Obě veličiny proto patří do dokumentace samostatně – samotný čas není důkazem.

Čím se liší fluence od dávky?
Ozáření se vztahuje k pevnému, plochému přijímacímu povrchu a šikmo dopadající záření váhuje kosinem úhlu dopadu. Fluence naproti tomu odkazuje na objekt, který může přijímat záření ze všech směrů – například mikroorganismus v reaktoru nebo ve vzduchovém potrubí. V usměrněném poli záření se obě veličiny shodují; v difuzním poli může být fluence podstatně větší než ozáření naměřené na rovině. Kde tento rozdíl rozhoduje o procesu, ukazuje UV dezinfekce.

Proč není elektrický příkon lampy měřenou veličinou?
Mezi odebíraným elektrickým příkonem a účinkem na místě procesu stojí elektrooptická účinnost, spektrální rozložení zdroje, vzdálenost a úhel dopadu, propustnost oken a ochranných trubic a znečištění a stárnutí. Nic z toho není během provozní životnosti konstantní. Jmenovitý příkon proto popisuje provozní stav zdroje, nikoli výsledek na obrobku, organismu nebo vzorku. Jak se z toho stane spolehlivé uvolnění procesu v provozu, popisuje automatizace a integrace procesů.

Čím se liší ozářenost od zář?
Ozářenost je veličina přijímače: popisuje, co dopadá na povrch, bez ohledu na směr. Zář je veličina zdroje: popisuje, co zdroj vyzařuje na jednotku plochy a prostorového úhlu. Uvolnění procesu závisí na ozářenosti v místě působení; posuzování rozsáhlých zdrojů podle IEC 62471 naproti tomu závisí na záři – viz bezpečnost práce a fotobiologická bezpečnost.

Kdy postačí širokopásmové měření a kdy je nutné spektrální měření?
Širokopásmové měření je dostačující, pokud je zdroj známý a spektrálně stabilní a senzor byl kalibrován přímo na tento zdroj. Spektrální měření je nutné, jakmile se porovnávají různé technologie zdrojů, spektrum se posouvá stárnutím nebo ztlumením, musí se použít akční spektrum, nebo je třeba samostatně posoudit několik spektrálních pásem. Základní chybou je spektrální neshoda.