Radiometriske størrelser med symboler og enheter

Radiometriske størrelser beskriver elektromagnetisk stråling i energetiske termer, uavhengig av øyets følsomhet – i teknisk bruk fremfor alt UV-stråling og IR-stråling. De fire grunnleggende størrelsene er strålingsfluks Φ i watt, irradians E i W/m² eller mW/cm², radians L og strålingsintensitet I. Fagfeltet kalles radiometri; de øyevektede motstykkene er de fotometriske størrelsene.

Radiometriske størrelser er målestørrelser som refererer til den totale elektromagnetiske strålingen. I tekniske anvendelser brukes dette som UV-stråling eller IR-stråling. Fagfeltet kalles radiometri. Stråling klassifiseres etter bølgelengden til strålingen.

Følgende diagram viser de fire radiometriske størrelsene. Tabellen inneholder en visuell representasjon, matematisk definisjon, enhet og en kort forklaring for hver størrelse.

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

Tabell for nedlasting: Radiometriske størrelser og enheter (XLSX) – med omregningsfaktorer og de spektrale områdene i henhold til DIN/ISO 20473. De øyevektede motstykkene er oppført under fotometriske størrelser, de fargerelaterte under kolorimetriske størrelser, båndgrensene under spektrale områder og standarder. Alle størrelser samlet – med symbol, enhet og den tilhørende kalkulatoren – finnes i ordlisten for optiske størrelser.

Strålingsfluks

Strålingsfluks, også kjent som strålingseffekt, er den totale mengden energi som sendes ut av en strålingskilde i alle retninger per tidsenhet. Enheten for strålingsfluks er watt (W).

• Formelsymbol: Φ
• Enhet: W
• Definisjon: Den totale utsendte strålingseffekten.

Eksempel:

En standard glødelampe med et effektforbruk på 60 watt sender ut rundt 57 watt som strålingsfluks, mens resten går tapt som varme. Disse 57 watt er fordelt over det synlige og infrarøde spekteret.

Strålingsfluksen måles i en integrerende kule.

Irradians

Irradians er en fysisk størrelse som beskriver effekttettheten til strålingen som treffer en overflate. Den er definert som strålingseffekten per areal som treffer et overflateelement. Enheten for irradians er watt per kvadratmeter (W/m²) eller milliwatt per kvadratcentimeter (mW/cm²). En UV-måler er egnet for å måle irradiansen.

• Formelsymbol: E
• Enhet: W/m², mW/cm²
• Definisjon: Strålingseffekt som treffer et overflateelement, relatert til arealet.

Irradiansen angir hvor mye energi i form av stråling som treffer en bestemt overflate per tidsenhet. Skrått innfallende stråling telles med cosinus av innfallsvinkelen; målehoder er derfor cosinuskorrigert.
Tips: Konverter W/m² til mW/cm²

Eksempel:

Den gjennomsnittlige irradiansen fra solen på jordens overflate på en klar dag er rundt 1 000 W/m². Dette betyr at hver kvadratmeter av jordens overflate mottar 1 000 watt stråling.

Irradiansen måles med et radiometer.

Radians

Radians er en fysisk størrelse som beskriver strålingseffekten som sendes ut av en strålingskilde per arealenhet og per romvinkelenhet. Den måles i watt per kvadratmeter per steradian (W/(m²-sr)).

• Formelsymbol: L
• Enhet: W/(sr m²)
• Definisjon: Kvotienten mellom utsendt strålingsfluks og produktet av overflateelement og romvinkel.

Radiansen tar hensyn til både arealet av strålingskilden og romvinkelen som strålingen sendes ut i.

Eksempel:

Solen har en høy radians fordi den sender ut en stor mengde strålingsenergi ut i rommet over et relativt lite areal.

Strålingsintensitet

Strålingsintensitet er en fysisk størrelse som beskriver strålingsflyten i en bestemt retning per romvinkelenhet. Den brukes til å angi intensiteten av stråling i en spesifikk retning. Enheten for strålingsintensitet er watt per steradian (W/sr).

• Formelsymbol: I
• Enhet: W/sr
• Definisjon: Kvotienten mellom utsendt strålingsfluks i en definert retning og romvinkelelementet.

Strålingsintensiteten beskriver mengden energi som sendes ut av en strålingskilde i en bestemt retning innenfor en romvinkel. Den er et mål på retningsavhengigheten til den utsendte effekten.

Eksempel:

En LED med en strålingsfluks på 1 W har en strålingsintensitet på 10 W/sr hvis den sender ut lyset i en romvinkel på 0,1 sr. Dette betyr at den utsendte energien er sterkt konsentrert på en liten romvinkel.

Hva er forskjellen mellom irradians og dose?
Irradians E (W/m² eller mW/cm²) er den øyeblikkelige effekten per flateenhet; stråleeksponering – i dagligtale dosen – er integralet av denne over tid, H (J/m² eller mJ/cm²). Ved konstant irradians er H = E · t. Irradiansen avgjør hvor raskt en dose oppnås; om den tiltenkte effekten oppstår, avgjøres vanligvis av dosen. Begge størrelser hører derfor med i dokumentasjonen separat – en tid alene er ikke noe bevis.

Hva skiller fluens fra dose?
Stråleeksponering refererer til en fast, flat mottaksflate og vekter skråinnfallende stråling med kosinus til innfallsvinkelen. Fluens, derimot, refererer til et objekt som kan motta stråling fra alle retninger – for eksempel en mikroorganisme i en reaktor eller i en luftkanal. I et rettet strålingsfelt stemmer de to overens; i et diffust felt kan fluensen være betydelig større enn eksponeringen målt på et plan. Hvor denne forskjellen avgjør prosessen, vises i UV-desinfeksjon.

Hvorfor er den elektriske lampeeffekten ikke en målestørrelse?
Mellom den elektriske effekten som trekkes, og effekten på prosessstedet ligger den elektro-optiske virkningsgraden, kildens spektrale fordeling, avstand og innfallsvinkel, transmittansen til vinduer og beskyttelseshylser, samt forurensning og aldring. Ingen av disse er konstante over levetiden. Effektangivelsen beskriver derfor kildens driftstilstand, ikke resultatet på arbeidsstykket, organismen eller prøven. Hvordan dette blir en pålitelig prosessfrigivelse i et anlegg, dekkes av automatisering og prosessintegrasjon.

Hva skiller irradians fra radians?
Irradians er en mottakerstørrelse: den beskriver hva som ankommer en flate, uavhengig av retning. Radians er en kildestørrelse: den beskriver hva en kilde sender ut per flateenhet og romvinkel. Frigivelse av en prosess avhenger av irradiansen på virkningspunktet; vurdering av utstrakte kilder etter IEC 62471 avhenger derimot av radians – se arbeidsmiljøsikkerhet og fotobiologisk sikkerhet.

Når er en bredbåndsmåling tilstrekkelig, og når er en spektral måling nødvendig?
En bredbåndsmåling er tilstrekkelig hvis kilden er kjent og spektralt stabil, og sensoren er kalibrert mot nettopp denne kilden. En spektral måling er nødvendig så snart forskjellige kildeteknologier sammenlignes, spekteret endres på grunn av aldring eller dimming, et handlingsspektrum må anvendes, eller flere spektrale bånd må vurderes separat. Den underliggende feilkilden er spektral mismatch.