Radiometriske størrelser med symboler og enheder

Radiometriske størrelser beskriver elektromagnetisk stråling i energitermer, uafhængigt af øjets følsomhed – i teknisk anvendelse frem for alt UV- og IR-stråling. De fire grundlæggende størrelser er strålingsfluks Φ i watt, irradians E i W/m² eller mW/cm², radians L og strålingsintensitet I. Feltet kaldes radiometri; de øjevægtede modstykker er de fotometriske størrelser.

Radiometriske størrelser er målte størrelser, der refererer til den samlede elektromagnetiske stråling. I tekniske anvendelser bruges dette som UV-stråling eller IR-stråling. Feltet kaldes radiometri. Stråling klassificeres efter strålingens bølgelængde.

Følgende diagram viser de fire radiometriske størrelser. Tabellen indeholder en visuel repræsentation, matematisk definition, enhed og kort forklaring for hver størrelse.

1. Strålingsfluks Φ
2. Irradians E
3. Radians L
4. Strålingsintensitet I

Tabel til download: Radiometriske størrelser og enheder (XLSX) – med omregningsfaktorer og de spektrale områder iht. DIN/ISO 20473. De øjenvægtede modstykker er anført under fotometriske størrelser, de farverelaterede under kolorimetriske størrelser, båndgrænserne under spektrale områder og standarder. Alle størrelser samlet – med symbol, enhed og den tilhørende beregner – findes i ordlisten over optiske størrelser.

Strålingsfluks

Strålingsfluks, også kendt som strålingseffekt, er den samlede mængde energi, som en strålingskilde udsender i alle retninger pr. tidsenhed. Enheden for strålingsfluks er watt (W).

• Formelsymbol: Φ
• Enhed: W
• Definition: Den samlede udsendte strålingseffekt.

Eksempel:

En almindelig glødelampe med et effektforbrug på 60 watt udsender omkring 57 watt som strålingsfluks, mens resten går tabt som varme. Disse 57 watt er fordelt over det synlige og infrarøde spektrum.

Strålingsfluksen måles i en integrerende kugle.

Irradians

Irradians er en fysisk størrelse, der beskriver effektdensiteten af den stråling, der rammer en overflade. Den er defineret som strålingseffekten pr. areal, der falder på et overfladeelement. Enheden for irradians er watt pr. kvadratmeter (W/m²) eller milliwatt pr. kvadratcentimeter (mW/cm²). En UV-meter er velegnet til at måle irradiansen.

• Formelsymbol: E
• Enhed: W/m², mW/cm²
• Definition: Strålingseffekt, der falder på et overfladeelement, i forhold til dets areal.

Irradiansen angiver, hvor meget energi i form af stråling der falder på en bestemt overflade pr. tidsenhed. Skråt indfaldende stråling regnes med cosinus til indfaldsvinklen; målehoveder er derfor cosinuskorrigerede.
Tip: Konverter W/m² til mW/cm²

Eksempel:

Den gennemsnitlige irradians fra solen på jordens overflade en klar dag er omkring 1000 W/m². Det betyder, at hver kvadratmeter af jordens overflade modtager 1000 watt stråling.

Irradiansen måles med et radiometer.

Radians

Radians er en fysisk størrelse, der beskriver den strålingseffekt, som en strålingskilde udsender pr. arealenhed og pr. rumvinkelenhed. Den måles i watt pr. kvadratmeter pr. steradian (W/(m²-sr)).

• Formelsymbol: L
• Enhed: W/(sr m²)
• Definition: Kvotienten af udstrålet strålingsfluks og produktet af overfladeelement og rumvinkel.

Radiansen tager højde for både arealet af strålingskilden og den rumvinkel, hvormed strålingen udsendes.

Eksempel:

Solen har en høj radians, fordi den udsender en stor mængde strålingsenergi ud i rummet fra et relativt lille areal.

Strålingsintensitet

Strålingsintensitet er en fysisk størrelse, der beskriver strålingsflowet i en bestemt retning pr. rumvinkelenhed. Den bruges til at angive strålingens intensitet i en specifik retning. Enheden for strålingsintensitet er watt pr. steradian (W/sr).

• Formelsymbol: I
• Enhed: W/sr
• Definition: Kvotienten af udstrålet strålingsfluks i en defineret retning og rumvinkelelementet.

Strålingsintensiteten beskriver den mængde energi, som en strålingskilde udsender i en bestemt retning inden for en rumvinkel. Den er et mål for den retningsafhængige udstråling af effekten.

Eksempel:

En LED med en strålingsfluks på 1 W har en strålingsintensitet på 10 W/sr, hvis den udsender lyset inden for en rumvinkel på 0,1 sr. Det betyder, at den udsendte energi er stærkt koncentreret på en lille rumvinkel.

Hvad er forskellen mellem irradians og dosis?
Irradians E (W/m² eller mW/cm²) er den øjeblikkelige effekt pr. arealenhed; stråleeksponering – i daglig tale dosis – er dens integral over tid, H (J/m² eller mJ/cm²). Ved konstant irradians er H = E · t. Irradiansen bestemmer, hvor hurtigt en dosis nås; om den tilsigtede effekt indtræffer, afgøres normalt af dosis. Begge størrelser skal derfor angives separat i dokumentationen - en tid alene er ikke bevis.

Hvad adskiller fluens fra dosis?
Stråleeksponering henviser til en fast, plan modtageflade og vægter skråt indfaldende stråling med cosinus af indfaldsvinklen. Fluens derimod henviser til et objekt, der kan modtage stråling fra alle retninger - fx en mikroorganisme i en reaktor eller en luftkanal. I et rettet strålingsfelt er de to størrelser ens; i et diffust felt kan fluensen være betydeligt større end den eksponering, der måles på en plan flade. Hvor denne forskel afgør processen, vises i UV-desinfektion.

Hvorfor er den elektriske lampeeffekt ikke en målestørrelse?
Mellem den optagne elektriske effekt og effekten på processtedet ligger den elektro-optiske effektivitet, kildens spektrale fordeling, afstand og indfaldsvinkel, transmittansen af vinduer og beskyttelseshylstre samt kontaminering og ældning. Ingen af disse er konstante over levetiden. Effektangivelsen beskriver derfor kildens driftstilstand, ikke resultatet på arbejdsstykket, organismen eller prøven. Hvordan dette bliver til en pålidelig procesfrigivelse i et anlæg, behandles under automatisering og procesintegration.

Hvad adskiller irradians fra radians?
Irradians er en modtagerstørrelse: den beskriver, hvad der ankommer på en flade, uanset retning. Radians er en kildestørrelse: den beskriver, hvad en kilde udsender pr. arealenhed og rumvinkel. Frigivelse af en proces afhænger af irradiansen på virkningsstedet; vurdering af udstrakte kilder efter IEC 62471 afhænger derimod af radians - se arbejdsmiljø og fotobiologisk sikkerhed.

Hvornår er en bredbåndsmåling nok, og hvornår er en spektral måling nødvendig?
En bredbåndsmåling er tilstrækkelig, hvis kilden er kendt og spektralt stabil, og sensoren er kalibreret mod netop denne kilde. En spektral måling er nødvendig, så snart forskellige kildeteknologier sammenlignes, spektret forskydes ved ældning eller dæmpning, et virkningsspektrum skal anvendes, eller flere spektrale bånd skal vurderes separat. Den underliggende fejlkilde er spektral mismatch.