Grandezas radiométricas com símbolos e unidades

As grandezas radiométricas descrevem a radiação eletromagnética em termos energéticos, independentemente da sensibilidade do olho – no uso técnico, sobretudo a radiação UV e IR. As quatro grandezas básicas são o fluxo radiante Φ em watts, a irradiância E em W/m² ou mW/cm², a radiância L e a intensidade radiante I. Esse campo é chamado de radiometria; os equivalentes ponderados pela sensibilidade do olho são as grandezas fotométricas.

As grandezas radiométricas são grandezas medidas que se referem à radiação eletromagnética total. Em aplicações técnicas, isso é utilizado como radiação UV ou radiação IR. Esse campo é chamado de radiometria. A radiação é classificada de acordo com o comprimento de onda da radiação.

O diagrama a seguir mostra as quatro grandezas radiométricas. A tabela contém uma representação visual, definição matemática, unidade e uma breve explicação para cada grandeza.

1. Fluxo radiante Φ
2. Irradiância E
3. Radiância L
4. Intensidade radiante I

Tabela para download: Grandezas e unidades radiométricas (XLSX) – com fatores de conversão e as faixas espectrais conforme DIN/ISO 20473. As correspondentes ponderadas pela visão estão listadas em grandezas fotométricas, as relacionadas à cor em grandezas colorimétricas, os limites de banda em faixas espectrais e normas. Todas as grandezas juntas – com símbolo, unidade e a calculadora correspondente – estão no glossário de grandezas ópticas.

Fluxo radiante

O fluxo radiante, também conhecido como potência radiante, é a quantidade total de energia emitida por uma fonte de radiação em todas as direções por unidade de tempo. A unidade do fluxo radiante é o watt (W).

• Símbolo da fórmula: Φ
• Unidade: W
• Definição: A potência radiante total emitida.

Exemplo:

Uma lâmpada incandescente padrão com um consumo de potência de 60 watts emite cerca de 57 watts como fluxo radiante, sendo o restante perdido como calor. Esses 57 watts são distribuídos pelo espectro visível e infravermelho.

O fluxo radiante é medido em uma esfera integradora.

Irradiância

A irradiância é uma grandeza física que descreve a densidade de potência da radiação incidente sobre uma superfície. É definida como a potência radiante por área incidente em um elemento de superfície. A unidade de irradiância é watts por metro quadrado (W/m²) ou miliwatts por centímetro quadrado (mW/cm²). Um medidor UV é adequado para medir a irradiância.

• Símbolo da fórmula: E
• Unidade: W/m², mW/cm²
• Definição: Potência radiante incidente em um elemento de superfície, referida à sua área.

A irradiância indica quanta energia na forma de radiação incide sobre uma determinada superfície por unidade de tempo. A radiação incidente obliquamente é contabilizada com o cosseno do ângulo de incidência; por isso, os cabeçotes de medição são corrigidos pelo cosseno.
Dica: Converter W/m² em mW/cm²

Exemplo:

A irradiância média do sol na superfície da Terra em um dia claro é de cerca de 1000 W/m². Isso significa que cada metro quadrado da superfície da Terra recebe 1000 watts de radiação.

A irradiância é medida com um radiômetro.

Radiância

A radiância é uma grandeza física que descreve a potência radiante emitida por uma fonte de radiação por unidade de área e por unidade de ângulo sólido. É medida em watts por metro quadrado por esferorradiano (W/(m²·sr)).

• Símbolo da fórmula: L
• Unidade: W/(sr m²)
• Definição: Quociente do fluxo radiante irradiado e o produto do elemento de superfície e do ângulo sólido.

A radiância leva em consideração tanto a área da fonte de radiação quanto o ângulo sólido no qual a radiação é emitida.

Exemplo:

O sol tem uma alta radiância porque emite uma grande quantidade de energia radiante para o espaço em uma área relativamente pequena.

Intensidade radiante

A intensidade radiante é uma grandeza física que descreve o fluxo de radiação em uma direção específica por unidade de ângulo sólido. É usada para indicar a intensidade da radiação em uma direção específica. A unidade de intensidade radiante é watt por esferorradiano (W/sr).

• Símbolo da fórmula: I
• Unidade: W/sr
• Definição: Quociente do fluxo radiante irradiado em uma direção definida e o elemento de ângulo sólido.

A intensidade radiante descreve a quantidade de energia emitida por uma fonte de radiação em uma direção específica dentro de um ângulo sólido. É uma medida da dependência direcional da potência irradiada.

Exemplo:

Um LED com um fluxo radiante de 1 W tem uma intensidade radiante de 10 W/sr se emitir a luz em um ângulo sólido de 0,1 sr. Isso significa que a energia emitida está fortemente concentrada em um pequeno ângulo sólido.

Qual é a diferença entre irradiância e dose?
A irradiância E (W/m² ou mW/cm²) é a potência instantânea por unidade de área; a exposição radiante – popularmente chamada de dose – é sua integral ao longo do tempo, H (J/m² ou mJ/cm²). Com irradiância constante, H = E · t. A irradiância determina a rapidez com que uma dose é atingida; se o efeito pretendido ocorre é geralmente decidido pela dose. Ambas as grandezas, portanto, devem constar separadamente na documentação – um tempo isolado não é uma evidência.

O que distingue a fluência da dose?
A exposição radiante refere-se a uma superfície receptora fixa e plana e pondera a radiação incidente obliquamente pelo cosseno do ângulo de incidência. Já a fluência refere-se a um objeto que pode receber radiação de todas as direções – um microrganismo em um reator ou em um duto de ar, por exemplo. Em um campo de radiação direcionado, os dois valores coincidem; em um campo difuso, a fluência pode ser consideravelmente maior do que a exposição medida em um plano. Onde essa diferença é decisiva para o processo é mostrado em desinfecção UV.

Por que a potência elétrica da lâmpada não é uma grandeza de medição?
Entre a potência elétrica consumida e o efeito no local do processo estão a eficiência eletro-óptica, a distribuição espectral da fonte, a distância e o ângulo de incidência, a transmitância de janelas e mangas de proteção, além da contaminação e do envelhecimento. Nenhum desses fatores é constante ao longo da vida útil. A potência nominal descreve, portanto, o estado operacional da fonte, não o resultado na peça de trabalho, no organismo ou na amostra. Como isso se transforma em uma liberação confiável de processo em uma instalação é abordado em automação e integração de processos.

O que distingue irradiância de radiância?
A irradiância é uma grandeza do receptor: descreve o que chega a uma superfície, independentemente da direção. A radiância é uma grandeza da fonte: descreve o que uma fonte emite por unidade de área e ângulo sólido. A liberação de um processo depende da irradiância no ponto de ação; já a avaliação de fontes extensas segundo a IEC 62471 depende da radiância – veja segurança do trabalho e segurança fotobiológica.

Quando uma medição de banda larga é suficiente e quando é necessária uma medição espectral?
Uma medição de banda larga é suficiente se a fonte for conhecida e espectralmente estável e o sensor tiver sido calibrado justamente com essa fonte. Uma medição espectral é necessária assim que diferentes tecnologias de fonte são comparadas, o espectro se desloca por envelhecimento ou atenuação, um espectro de ação precisa ser aplicado, ou várias bandas espectrais precisam ser avaliadas separadamente. O erro subjacente é a incompatibilidade espectral.