Magnitudes radiométricas con símbolos y unidades

Las magnitudes radiométricas describen la radiación electromagnética en términos energéticos, con independencia de la sensibilidad del ojo – en el uso técnico, sobre todo la radiación UV e IR. Las cuatro magnitudes básicas son el flujo radiante Φ en watts, la irradiancia E en W/m² o mW/cm², la radiancia L y la intensidad radiante I. Este campo se denomina radiometría; los equivalentes ponderados por el ojo son las magnitudes fotométricas.

Las magnitudes radiométricas son magnitudes medidas que se refieren a la radiación electromagnética total. En las aplicaciones técnicas, esto se emplea como radiación UV o radiación IR. Este campo se denomina radiometría. La radiación se clasifica según la longitud de onda de la radiación.

El siguiente diagrama muestra las cuatro magnitudes radiométricas. La tabla contiene una representación visual, la definición matemática, la unidad y una breve explicación para cada magnitud.

1. Flujo radiante Φ
2. Irradiancia E
3. Radiancia L
4. Intensidad radiante I

Tabla para descargar: Magnitudes y unidades radiométricas (XLSX) – con factores de conversión y los rangos espectrales según DIN/ISO 20473. Las magnitudes equivalentes ponderadas por el ojo figuran en magnitudes fotométricas, las relacionadas con el color en magnitudes colorimétricas, los límites de banda en rangos espectrales y normas. Todas las magnitudes juntas – con símbolo, unidad y la calculadora correspondiente – están en el glosario de magnitudes ópticas.

Flujo radiante

El flujo radiante, también conocido como potencia radiante, es la cantidad total de energía emitida por una fuente de radiación en todas las direcciones por unidad de tiempo. La unidad del flujo radiante es el vatio (W).

• Símbolo: Φ
• Unidad: W
• Definición: la potencia radiante total emitida.

Ejemplo:

Una lámpara incandescente estándar con un consumo de potencia de 60 vatios emite alrededor de 57 vatios como flujo radiante, mientras que el resto se pierde en forma de calor. Estos 57 vatios se distribuyen en el espectro visible e infrarrojo.

El flujo radiante se mide en una esfera integradora.

Irradiancia

La irradiancia es una magnitud física que describe la densidad de potencia de la radiación que incide sobre una superficie. Se define como la potencia radiante por área incidente sobre un elemento de superficie. La unidad de la irradiancia es el vatio por metro cuadrado (W/m²) o el miliwatio por centímetro cuadrado (mW/cm²). Un medidor UV es adecuado para medir la irradiancia.

• Símbolo: E
• Unidad: W/m², mW/cm²
• Definición: potencia radiante incidente sobre un elemento de superficie, referida a su área.

La irradiancia indica cuánta energía en forma de radiación incide sobre una determinada superficie por unidad de tiempo. La radiación incidente oblicuamente se cuenta con el coseno del ángulo de incidencia; por ello, los cabezales de medición están corregidos según el coseno.
Consejo: convertir W/m² a mW/cm²

Ejemplo:

La irradiancia media del sol sobre la superficie terrestre en un día despejado es de alrededor de 1000 W/m². Esto significa que cada metro cuadrado de la superficie terrestre recibe 1000 vatios de radiación.

La irradiancia se mide con un radiómetro.

Radiancia

La radiancia es una magnitud física que describe la potencia radiante emitida por una fuente de radiación por unidad de área y por unidad de ángulo sólido. Se mide en vatios por metro cuadrado por estereorradián (W/(m²·sr)).

• Símbolo: L
• Unidad: W/(sr·m²)
• Definición: cociente entre el flujo radiante emitido y el producto del elemento de superficie y el ángulo sólido.

La radiancia tiene en cuenta tanto el área de la fuente de radiación como el ángulo sólido en el que se emite la radiación.

Ejemplo:

El sol tiene una radiancia elevada porque emite una gran cantidad de energía radiante al espacio a través de una superficie relativamente pequeña.

Intensidad radiante

La intensidad radiante es una magnitud física que describe el flujo de radiación en una dirección determinada por unidad de ángulo sólido. Se utiliza para indicar la intensidad de la radiación en una dirección específica. La unidad de la intensidad radiante es el vatio por estereorradián (W/sr).

• Símbolo: I
• Unidad: W/sr
• Definición: cociente entre el flujo radiante emitido en una dirección definida y el elemento de ángulo sólido.

La intensidad radiante describe la cantidad de energía emitida por una fuente de radiación en una dirección específica dentro de un ángulo sólido. Es una medida de la dependencia direccional de la potencia radiada.

Ejemplo:

Un LED con un flujo radiante de 1 W tiene una intensidad radiante de 10 W/sr si emite la luz en un ángulo sólido de 0,1 sr. Esto significa que la energía emitida está fuertemente concentrada en un ángulo sólido pequeño.

¿Cuál es la diferencia entre irradiancia y dosis?
La irradiancia E (W/m² o mW/cm²) es la potencia instantánea por unidad de superficie; la exposición radiante – coloquialmente la dosis – es su integral en el tiempo, H (J/m² o mJ/cm²). A irradiancia constante, H = E · t. La irradiancia determina la rapidez con la que se alcanza una dosis; si se produce el efecto previsto suele decidirlo la dosis. Por ello, ambas magnitudes deben figurar por separado en la documentación – un tiempo por sí solo no constituye una prueba.

¿Qué diferencia la fluencia de la dosis?
La exposición radiante se refiere a una superficie receptora fija y plana, y pondera la radiación incidente oblicua con el coseno del ángulo de incidencia. La fluencia, en cambio, se refiere a un objeto que puede recibir radiación desde todas las direcciones – por ejemplo, un microorganismo en un reactor o en un conducto de aire. En un campo de radiación dirigido, ambas coinciden; en un campo difuso, la fluencia puede ser considerablemente mayor que la exposición medida en un plano. Dónde esta diferencia resulta decisiva para el proceso se muestra en desinfección UV.

¿Por qué la potencia eléctrica de la lámpara no es una magnitud de medición?
Entre la potencia eléctrica consumida y el efecto en el punto del proceso se encuentran la eficiencia electroóptica, la distribución espectral de la fuente, la distancia y el ángulo de incidencia, la transmitancia de ventanas y fundas protectoras, así como la contaminación y el envejecimiento. Ninguno de estos factores es constante durante la vida útil. Por lo tanto, la potencia nominal describe el estado de funcionamiento de la fuente, no el resultado en la pieza de trabajo, el organismo o la muestra. Cómo esto se convierte en una liberación fiable del proceso en una planta se explica en automatización e integración de procesos.

¿Qué diferencia la irradiancia de la radiancia?
La irradiancia es una magnitud del receptor: describe lo que llega a una superficie, independientemente de la dirección. La radiancia es una magnitud de la fuente: describe lo que una fuente emite por unidad de superficie y ángulo sólido. La liberación de un proceso depende de la irradiancia en el punto de acción; en cambio, la evaluación de fuentes extensas según IEC 62471 depende de la radiancia – véase seguridad laboral y seguridad fotobiológica.

¿Cuándo basta con una medición de banda ancha y cuándo se necesita una medición espectral?
Una medición de banda ancha es suficiente si la fuente es conocida y espectralmente estable, y el sensor se calibró frente a esa misma fuente. Se requiere una medición espectral en cuanto se comparan diferentes tecnologías de fuentes, el espectro se desplaza por envejecimiento o atenuación, hay que aplicar un espectro de acción, o deben evaluarse varias bandas espectrales por separado. El error subyacente es el desajuste espectral.