Semboller ve birimlerle radyometrik büyüklükler

Radyometrik büyüklükler, elektromanyetik radyasyonu gözün hassasiyetinden bağımsız olarak enerjetik terimlerle tanımlar – teknik kullanımda özellikle UV ve IR ışınım için. Dört temel büyüklük şunlardır: watt biriminde ışınım akısı Φ, W/m² veya mW/cm² biriminde irradyans E, radyans L ve ışınım şiddeti I. Bu alan radyometri olarak adlandırılır; göze göre ağırlıklandırılmış karşılıkları ise fotometrik büyüklüklerdir.

Radyometrik büyüklükler, toplam elektromanyetik radyasyona atıfta bulunan ölçülen büyüklüklerdir. Teknik uygulamalarda bu, UV ışınımı veya IR ışınımı olarak kullanılır. Bu alan radyometri olarak adlandırılır. Işınım, ışınımın dalga boyuna göre sınıflandırılır.

Aşağıdaki diyagram dört radyometrik büyüklüğü göstermektedir. Tablo, her büyüklük için görsel bir gösterim, matematiksel tanım, birim ve kısa bir açıklama içermektedir.

1. Işınım akısı Φ
2. İrradyans E
3. Radyans L
4. Işınım şiddeti I

İndirilebilir tablo: Radyometrik büyüklükler ve birimler (XLSX) – dönüşüm faktörleri ve DIN/ISO 20473'e göre spektral aralıklarla birlikte. Göze göre ağırlıklandırılmış karşılıkları fotometrik büyüklükler altında, renkle ilgili olanlar kolorimetrik büyüklükler altında, bant sınırları spektral aralıklar ve standartlar altında listelenmiştir. Tüm büyüklükler – sembolü, birimi ve uygun hesaplayıcısıyla birlikte – optik büyüklükler sözlüğü'nde bulunmaktadır.

Radyant akı

Radyant akı, radyant güç olarak da bilinir; bir radyasyon kaynağının birim zamanda tüm yönlere yaydığı toplam enerji miktarıdır. Radyant akının birimi watt'tır (W).

• Formül sembolü: Φ
• Birim: W
• Tanım: Yayılan toplam radyant güç.

Örnek:

60 W güç tüketimine sahip standart bir akkor lamba, radyant akı olarak yaklaşık 57 watt yayar; kalan kısım ısı olarak kaybolur. Bu 57 watt, görünür ve kızılötesi spektrum üzerinde dağılmıştır.

Radyant akı bir integre kürede ölçülür.

İrradyans

İrradyans, bir yüzeye çarpan ışınımın güç yoğunluğunu tanımlayan fiziksel bir büyüklüktür. Bir yüzey elemanına gelen radyant güç olarak tanımlanır. İrradyansın birimi metrekare başına watt (W/m²) veya santimetrekare başına miliwatt'tır (mW/cm²). İrradyansın ölçülmesi için bir UV metre uygundur.

• Formül sembolü: E
• Birim: W/m², mW/cm²
• Tanım: Bir yüzey elemanına gelen radyant gücün, alanına oranı.

İrradyans, birim zamanda belirli bir yüzeye ışınım şeklinde ne kadar enerji düştüğünü gösterir. Eğik gelen ışınım, geliş açısının kosinüsü ile hesaba katılır; bu nedenle ölçüm başlıkları kosinüs düzeltmelidir.
İpucu: W/m²'yi mW/cm²'ye dönüştürün

Örnek:

Güneşin açık bir günde yeryüzü üzerindeki ortalama irradyansı yaklaşık 1000 W/m²'dir. Bu, yeryüzünün her bir metrekaresinin 1000 watt ışınım aldığı anlamına gelir.

İrradyans bir radyometre ile ölçülür.

Radyans

Radyans, bir radyasyon kaynağının birim alan ve birim katı açı başına yaydığı radyant gücü tanımlayan fiziksel bir büyüklüktür. Metrekare-steradyan başına watt (W/(m²-sr)) ile ölçülür.

• Formül sembolü: L
• Birim: W/(sr m²)
• Tanım: Yayılan radyant akının, yüzey elemanı ve katı açının çarpımına oranı.

Radyans, hem radyasyon kaynağının alanını hem de ışınımın yayıldığı katı açıyı hesaba katar.

Örnek:

Güneş yüksek bir radyansa sahiptir, çünkü nispeten küçük bir alandan uzaya büyük miktarda radyant enerji yayar.

Radyant yoğunluk

Radyant yoğunluk, belirli bir yöndeki ışınım akışını birim katı açı başına tanımlayan fiziksel bir büyüklüktür. Belirli bir yöndeki ışınımın yoğunluğunu belirtmek için kullanılır. Radyant yoğunluğun birimi steradyan başına watt'tır (W/sr).

• Formül sembolü: I
• Birim: W/sr
• Tanım: Tanımlanmış bir yöndeki yayılan radyant akının, katı açı elemanına oranı.

Radyant yoğunluk, bir radyasyon kaynağının belirli bir yönde bir katı açı içinde yaydığı enerji miktarını tanımlar. Yayılan gücün yöne bağımlılığının bir ölçüsüdür.

Örnek:

Radyant akısı 1 W olan bir LED, ışığı 0,1 sr'lik bir katı açıda yayıyorsa 10 W/sr'lik bir radyant yoğunluğa sahiptir. Bu, yayılan enerjinin küçük bir katı açı üzerinde yoğun şekilde toplandığı anlamına gelir.

Irradyans ile doz arasındaki fark nedir?
Irradyans E (W/m² veya mW/cm²), birim alan başına düşen anlık güçtür; ışınım maruziyeti – halk arasında doz – bunun zaman üzerinden integralidir, H (J/m² veya mJ/cm²). Sabit irradyansta H = E · t olur. Irradyans, bir doza ne kadar hızlı ulaşılacağını belirler; istenen etkinin gerçekleşip gerçekleşmediğine ise genellikle doz karar verir. Bu nedenle her iki büyüklük de dokümantasyonda ayrı ayrı yer almalıdır – tek başına bir süre kanıt teşkil etmez.

Fluans'ı dozdan ayıran nedir?
Işınım maruziyeti, sabit, düz bir alıcı yüzeye ilişkindir ve eğik gelen ışınımı geliş açısının kosinüsü ile ağırlıklandırır. Fluans ise her yönden ışınım alabilen bir nesneye ilişkindir – örneğin bir reaktördeki veya hava kanalındaki bir mikroorganizma. Yönlendirilmiş bir ışınım alanında ikisi birbirine eşittir; dağınık bir alanda ise fluans, bir düzlemde ölçülen maruziyetten önemli ölçüde daha büyük olabilir. Bu farkın süreçte nasıl belirleyici olduğu UV dezenfeksiyonunda gösterilmektedir.

Elektriksel lamba gücü neden bir ölçüm büyüklüğü değildir?
Çekilen elektriksel güç ile proses noktasındaki etki arasında elektro-optik verim, kaynağın spektral dağılımı, mesafe ve geliş açısı, pencerelerin ve koruyucu kılıfların geçirgenliği ile kirlenme ve yaşlanma yer alır. Bunların hiçbiri kullanım ömrü boyunca sabit değildir. Bu nedenle güç değeri, kaynağın çalışma durumunu tanımlar; iş parçasındaki, organizmadaki veya numunedeki sonucu tanımlamaz. Bunun bir tesiste güvenilir bir proses onayına nasıl dönüştüğü otomasyon ve proses entegrasyonunda ele alınmaktadır.

Irradyans'ı radyanstan ayıran nedir?
Irradyans bir alıcı büyüklüğüdür: yönden bağımsız olarak bir yüzeye ne ulaştığını tanımlar. Radyans ise bir kaynak büyüklüğüdür: bir kaynağın birim alan ve katı açı başına ne yaydığını tanımlar. Bir prosesin onaylanması etki noktasındaki irradyansa bağlıdır; buna karşılık IEC 62471'e göre geniş kaynakların değerlendirilmesi radyansa bağlıdır – bkz. iş güvenliği ve fotobiyolojik güvenlik.

Geniş bantlı bir ölçüm ne zaman yeterlidir, spektral bir ölçüm ne zaman gereklidir?
Kaynak biliniyorsa ve spektral olarak kararlıysa, sensör de tam olarak bu kaynağa karşı kalibre edilmişse, geniş bantlı bir ölçüm yeterlidir. Farklı kaynak teknolojileri karşılaştırıldığında, spektrum yaşlanma veya kısma yoluyla kaydığında, bir etki spektrumu uygulanması gerektiğinde veya birkaç spektral bandın ayrı ayrı değerlendirilmesi gerektiğinde spektral bir ölçüm gereklidir. Bunun altında yatan hata spektral uyumsuzluktur.