إشراق

في علم قياس الإشعاع ، يُعرَّف الإشعاع بأنه التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو النافذ أو المستقبل من سطح معين، لكل وحدة زاوية مجسمة لكل وحدة مساحة مسقطة. يُستخدم الإشعاع لتوصيف الانبعاث المنتشر وانعكاس الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ولتحديد كمية انبعاث النيوترينوات والجسيمات الأخرى. وحدة قياس الإشعاع في النظام الدولي للوحدات هي الواط لكل ستراديان لكل متر مربع ( W·sr⁻¹ ^· m⁻² ⁾ . وهو كمية اتجاهية : إذ يعتمد إشعاع السطح على الاتجاه الذي يُرصد منه.

الكمية ذات الصلة الإشعاع الطيفي هي إشعاع سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي ، اعتمادًا على ما إذا كان الطيف يأخذ كدالة للتردد أو الطول الموجي.

تاريخياً، كان يُطلق على الإشعاع اسم "الشدة"، وعلى الإشعاع الطيفي اسم "الشدة النوعية". ولا تزال العديد من المجالات تستخدم هذه التسمية، وهي شائعة بشكل خاص في انتقال الحرارة والفيزياء الفلكية وعلم الفلك . وللمصطلح "الشدة" معانٍ أخرى عديدة في الفيزياء ، وأكثرها شيوعاً هو القدرة لكل وحدة مساحة (وبالتالي، فإن الإشعاع هو الشدة لكل زاوية مجسمة في هذه الحالة).

وصف

يُعدّ الإشعاع مفيدًا لأنه يُشير إلى مقدار الطاقة المنبعثة أو المنعكسة أو المنقولة أو المستقبلة من سطح ما، والتي سيستقبلها نظام بصري ينظر إلى ذلك السطح من زاوية رؤية مُحددة. في هذه الحالة، تُمثل الزاوية المجسمة محل الاهتمام الزاوية المجسمة التي تُشكلها بؤبؤة دخول النظام البصري . ولأن العين نظام بصري، فإن الإشعاع، وما يُشابهه من لمعان، يُعدّان مؤشرين جيدين لمدى سطوع الجسم الظاهر. لهذا السبب، يُطلق على كل من الإشعاع واللمعان أحيانًا اسم "السطوع". إلا أن هذا الاستخدام غير مُستحب حاليًا (انظر مقال " السطوع " لمزيد من التفاصيل). مع ذلك، لا يزال الاستخدام غير القياسي لمصطلح "السطوع" بدلًا من "الإشعاع" شائعًا في بعض المجالات، ولا سيما فيزياء الليزر .

نسبة الإشعاع إلى مربع معامل الانكسار ثابتة في البصريات الهندسية . هذا يعني أنه في نظام بصري مثالي في الهواء، يكون الإشعاع عند المخرج مساويًا للإشعاع عند المدخل. يُعرف هذا أحيانًا بقانون حفظ الإشعاع . أما في الأنظمة البصرية الحقيقية والسلبية، فإن الإشعاع عند المخرج يكون مساويًا للإشعاع عند المدخل على الأكثر ، ما لم يتغير معامل الانكسار. على سبيل المثال، عند تكوين صورة مصغرة باستخدام عدسة، تتركز الطاقة الضوئية في مساحة أصغر، وبالتالي يكون الإشعاع أعلى عند الصورة. مع ذلك، يملأ الضوء في مستوى الصورة زاوية مجسمة أكبر، لذا يكون الإشعاع الناتج مساويًا للإشعاع عند المدخل، بافتراض عدم وجود فقد في العدسة.

يعبّر الإشعاع الطيفي عن الإشعاع كدالة للتردد أو الطول الموجي. الإشعاع هو تكامل الإشعاع الطيفي على جميع الترددات أو الأطوال الموجية. بالنسبة للإشعاع المنبعث من سطح جسم أسود مثالي عند درجة حرارة معينة، يخضع الإشعاع الطيفي لقانون بلانك ، بينما يُعطى تكامل إشعاعه، على نصف الكرة الذي يشع منه سطحه، بقانون ستيفان-بولتزمان . سطحه لامبرتي ، لذا فإن إشعاعه منتظم بالنسبة لزاوية الرؤية، وهو ببساطة تكامل ستيفان-بولتزمان مقسومًا على π. يُستخرج هذا العامل من الزاوية المجسمة 2π ستراديان لنصف الكرة، مطروحًا منها التكامل على جيب تمام زاوية السمت .

التعريفات الرياضية

إشراق

يتم تعريف إشعاع السطح ، ويرمز له بـ L e _,Ω ("e" لـ "الطاقة"، لتجنب الخلط مع الكميات الضوئية، و "Ω" للإشارة إلى أن هذه كمية اتجاهية) على النحو التالي ^{[ 1 ]}

L_{\mathrm {e} ,\Omega }={\frac {\partial ^{2}\Phi _{\mathrm {e} }}{\partial \Omega \,\partial (A\cos \theta )}},

أين

∂ هو رمز المشتقة الجزئية ؛
Φ _e هو التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو المنقول أو المستلم؛
Ω هي الزاوية المجسمة ؛
A cos θ هي المساحة المسقطة .

بشكل عام، تُعتبر L _e,Ω دالةً لاتجاه الرؤية، وتعتمد على θ من خلال cos θ وعلى زاوية السمت من خلال ∂Φ _e /∂Ω . في الحالة الخاصة لسطح لامبرتي ، يكون ∂ ² Φ _e /(∂Ω ∂ A ) متناسبًا مع cos θ ، وتكون L _e,Ω متناحية الخواص (غير مرتبطة باتجاه الرؤية).

عند حساب الإشعاع المنبعث من مصدر ضوئي، يُشير الرمز A إلى مساحة على سطح المصدر، بينما يُشير الرمز Ω إلى الزاوية المجسمة التي ينبعث منها الضوء. وعند حساب الإشعاع الذي يستقبله كاشف ضوئي، يُشير الرمز A إلى مساحة على سطح الكاشف، بينما يُشير الرمز Ω إلى الزاوية المجسمة التي يُغطيها المصدر كما يُرى من ذلك الكاشف. وعندما يكون الإشعاع محفوظًا، كما ذُكر سابقًا، فإن الإشعاع المنبعث من المصدر هو نفسه الإشعاع الذي يستقبله الكاشف الضوئي الذي يرصده.

الإشعاع الطيفي

يتم تعريف الإشعاع الطيفي في تردد سطح ما ، ويرمز له بـ Le _{,Ω,ν ، على النحو التالي}^{[ 1 ]}

L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }={\frac {\partial L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{\partial \nu }},

حيث ν هو التردد.

يتم تعريف الإشعاع الطيفي في الطول الموجي لسطح ما ، ويرمز له بـ Le _{,Ω,λ ، على النحو التالي}^{[ 1 ]}

L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }={\frac {\partial L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{\partial \lambda }},

حيث λ هو الطول الموجي.

حفظ الإشعاع الأساسي

يرتبط إشعاع السطح بالامتداد (étendue) بالعلاقة التالية:

L_{\mathrm {e} ,\Omega }=n^{2}{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {e} }}{\partial G}},

أين

n هو معامل الانكسار الذي يغمر فيه ذلك السطح؛
G هو امتداد شعاع الضوء.

عندما ينتقل الضوء عبر نظام بصري مثالي، فإن كلاً من الامتداد الضوئي والتدفق الإشعاعي محفوظان. لذلك، فإن الإشعاع الأساسي يُعرَّف بالمعادلة ^{[ 2 ].}

L_{\mathrm {e} ,\Omega }^{*}={\frac {L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{n^{2}}}

كما أن هذه الخاصية محفوظة. في الأنظمة الحقيقية، قد يزداد الامتداد (على سبيل المثال بسبب التشتت) أو قد ينخفض التدفق الإشعاعي (على سبيل المثال بسبب الامتصاص)، وبالتالي قد ينخفض الإشعاع الأساسي. ومع ذلك، قد لا ينخفض الامتداد وقد لا يزداد التدفق الإشعاعي، وبالتالي قد لا يزداد الإشعاع الأساسي.

وحدات قياس الإشعاع في النظام الدولي للوحدات

وحدات قياس الإشعاع في النظام الدولي للوحدات
v
ت
هـ
كمية		وحدة		الأبعاد	ملحوظات
اسم	الرمز ^{[ رقم 1 ]}	اسم	رمز	الأبعاد	ملحوظات
الطاقة الإشعاعية	$Q e$ ^{[ nb 2 ]}	جول	ج	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي.
كثافة الطاقة الإشعاعية	$نحن $	جول لكل متر مكعب	J/m ³	م ⋅ ل ⁻¹ ⋅ ت ⁻²	الطاقة الإشعاعية لكل وحدة حجم.
التدفق الإشعاعي	$Φ e$ ^{[ nb 2 ]}	واط	W = J/s	م ⋅ ل ² ⋅ ت ⁻³	الطاقة الإشعاعية المنبعثة أو المنعكسة أو المنقولة أو المستقبلة، لكل وحدة زمنية. ويُطلق عليها أحيانًا اسم "القدرة الإشعاعية"، وتُسمى في علم الفلك " السطوع ".
التدفق الطيفي	$Φ e, ν$ ^{[ nb 3 ]}	واط لكل هرتز	واط/ هرتز	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	التدفق الإشعاعي لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الأخير عادةً بوحدة واط/ ^{نانومتر} .
التدفق الطيفي	$Φ e, λ$ ^{[ nb 4 ]}	واط لكل متر	W/m	م ⋅ ل ⋅ ت ⁻³
شدة الإشعاع	$I e,Ω$ ^{[ nb 5 ]}	واط لكل ستراديان	مع كبار السن	م ⋅ ل ² ⋅ ت ⁻³	التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو المنقول أو المستقبل، لكل وحدة زاوية مجسمة. هذه كمية اتجاهية .
شدة الطيف	$I e,Ω, ν$ ^{[ nb 3 ]}	واط لكل ستراديان لكل هرتز	W⋅sr ⁻¹ ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	شدة الإشعاع لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط⋅ستراديان⁻¹⋅نانومتر⁻¹ ^.^وهذه كمية اتجاهية .
شدة الطيف	$I e,Ω, λ$ ^{[ nb 4 ]}	واط لكل ستراديان لكل متر	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻¹	م ⋅ ل ⋅ ت ⁻³
إشراق	$Le,Ω$ ^{[ nb 5 ]}	واط لكل ستراديان لكل متر مربع	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻²	م ⋅ ت ⁻³	التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو المنقول أو المستقبل من سطح ما ، لكل وحدة زاوية مجسمة لكل وحدة مساحة مسقطة. هذه كمية اتجاهية ، وتُسمى أحيانًا "الشدة".
الإشعاع الطيفي، الشدة النوعية	$Le,Ω, ν$ ^{[ nb 3 ]}	واط لكل ستيراديان لكل متر مربع لكل هرتز	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	م ⋅ ت ⁻²	إشعاع سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. يُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط⋅ستراديان⁻¹⋅م⁻²⋅نانومتر⁻¹ ^. هذه ^كمية^{اتجاهية} ، وتُسمى أحيانًا "الشدة الطيفية".
الإشعاع الطيفي، الشدة النوعية	$Le,Ω, λ$ ^{[ nb 4 ]}	واط لكل ستيراديان لكل متر مربع، لكل متر	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻³	م ⋅ ل ⁻¹ ⋅ ت ⁻³
كثافة تدفق الإشعاع	$E e$ ^{[ nb 2 ]}	واط لكل متر مربع	واط/ ^م²	م ⋅ ت ⁻³	التدفق الإشعاعي الذي تتلقاه مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة".
الإشعاع الطيفي، كثافة التدفق الطيفي	$E e, ν$ ^{[ nb 3 ]}	واط لكل متر مربع لكل هرتز	واط ^/^متر⁻² هرتز⁻¹	م ⋅ ت ⁻²	شدة الإشعاع على سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُطلق عليها أحيانًا اسم "الشدة الطيفية". تشمل وحدات كثافة التدفق الطيفي غير التابعة للنظام الدولي للوحدات (SI) وحدة جانسكي (1 Jy =10 ⁻²⁶ واط⋅م ⁻² ⋅هرتز ⁻¹ ) ووحدة التدفق الشمسي (1 sfu =10 ⁻²² واط⋅م ⁻² ⋅هرتز ⁻¹ =10 ⁴ Jy ).
الإشعاع الطيفي، كثافة التدفق الطيفي	$E e, λ$ ^{[ nb 4 ]}	واط لكل متر مربع، لكل متر	واط/ ^م³	م ⋅ ل ⁻¹ ⋅ ت ⁻³
راديوسيتي	$J e$ ^{[ nb 2 ]}	واط لكل متر مربع	واط/ ^م²	م ⋅ ت ⁻³	التدفق الإشعاعي الخارج من (المنبعث والمنعكس والمنفذ من) سطح ما لكل وحدة مساحة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة".
الإشعاع الطيفي	$J e, ν$ ^{[ nb 3 ]}	واط لكل متر مربع لكل هرتز	واط ^/^متر⁻² هرتز⁻¹	م ⋅ ت ⁻²	الإشعاعية السطحية لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط ^/ متر مربع/ ^{نانومتر} . ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة الطيفية".
الإشعاع الطيفي	$J e, λ$ ^{[ nb 4 ]}	واط لكل متر مربع، لكل متر	واط/ ^م³	م ⋅ ل ⁻¹ ⋅ ت ⁻³
إشعاع متألق	$أنا$ ^[ $ملاحظة$ ²^]	واط لكل متر مربع	واط/ ^م²	م ⋅ ت ⁻³	التدفق الإشعاعي المنبعث من سطح ما لكل وحدة مساحة. هذا هو المكون المنبعث من الإشعاعية. "الانبعاث الإشعاعي" مصطلح قديم لهذه الكمية. ويُطلق عليها أحيانًا "الشدة".
الخروج الطيفي	$Me, ν$ ^{[ nb 3 ]}	واط لكل متر مربع لكل هرتز	واط ^/^متر⁻² هرتز⁻¹	م ⋅ ت ⁻²	الإشعاع المنبعث من سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط ^/ متر مربع/ ^{نانومتر} . "الانبعاث الطيفي" مصطلح قديم يُستخدم للإشارة إلى هذه الكمية، ويُطلق عليها أحيانًا "الشدة الطيفية".
الخروج الطيفي	$Me, λ$ ^{[ nb 4 ]}	واط لكل متر مربع، لكل متر	واط/ ^م³	م ⋅ ل ⁻¹ ⋅ ت ⁻³
التعرض الإشعاعي	$هو $	جول لكل متر مربع	J/m ²	م ⋅ ت ⁻²	الطاقة الإشعاعية التي تتلقاها مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة، أو ما يعادلها من إشعاع سطح ما متكامل على مدى فترة الإشعاع. ويطلق على هذا أحيانًا اسم "التدفق الإشعاعي".
التعرض الطيفي	$He, ν$ ^{[ nb 3 ]}	جول لكل متر مربع لكل هرتز	J⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	م ⋅ ت ⁻¹	التعرض الإشعاعي لسطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الأخير عادةً بوحدة جول/متر مربع / ^{نانومتر}^. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "التدفق الطيفي".
التعرض الطيفي	$He, λ$ ^{[ nb 4 ]}	جول لكل متر مربع، لكل متر	J/m ³	م ⋅ ل ⁻¹ ⋅ ت ⁻²
انظر أيضاً: SI القياس الإشعاعي القياس الضوئي

↑ توصي منظمات المعايير بأن يتم الإشارة إلى الكميات الإشعاعيةباللاحقة "e" (اختصارًا لـ "الطاقة") لتجنب الخلط بينها وبينالكميات الضوئية أو الفوتونية .
1 2 3 4 5 رموز بديلة تُرى أحيانًا: $W$ أو $E$ للطاقة الإشعاعية، $P$ أو $F$ للتدفق الإشعاعي، $I$ للإشعاعية، $W$ للإخراج الإشعاعي.
1 2 3 4 5 6 7 يتم الإشارة إلى الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة تردد باللاحقة " ν " (الحرف اليوناني nu ، لا يجب الخلط بينه وبين الحرف "v"، الذي يشير إلى كمية ضوئية).
1 2 3 4 5 6 7 الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة طول موجي يتم الإشارة إليها باللاحقة " λ ".
1 2 يتم الإشارة إلى الكميات الاتجاهية باللاحقة " Ω ".

انظر أيضاً

مراجع

1 2 3 "العزل الحراري - انتقال الحرارة بالإشعاع - الكميات الفيزيائية والتعريفات" . ISO 9288:1989 . كتالوج ISO . 1989. تاريخ الاسترجاع: 15 مارس 2015 .
↑ ويليام روس ماكلوني، مقدمة في علم قياس الإشعاع وعلم قياس الضوء ، دار أرتيك هاوس، بوسطن، ماساتشوستس، 1994، رقم ISBN 978-0890066782

روابط خارجية

ورشة العمل الدولية حول الإضاءة في البيئات الخاضعة للتحكم

[note-suffix-e-3] توصي منظمات المعايير بأن يتم الإشارة إلى الكميات الإشعاعيةباللاحقة "e" (اختصارًا لـ "الطاقة") لتجنب الخلط بينها وبينالكميات الضوئية أو الفوتونية .

[note-alternative-symbol-radiometric-4] 1 2 3 4 5 رموز بديلة تُرى أحيانًا: $W$ أو $E$ للطاقة الإشعاعية، $P$ أو $F$ للتدفق الإشعاعي، $I$ للإشعاعية، $W$ للإخراج الإشعاعي.

[note-suffix-nu-5] 1 2 3 4 5 6 7 يتم الإشارة إلى الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة تردد باللاحقة " ν " (الحرف اليوناني nu ، لا يجب الخلط بينه وبين الحرف "v"، الذي يشير إلى كمية ضوئية).

[note-suffix-lambda-6] 1 2 3 4 5 6 7 الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة طول موجي يتم الإشارة إليها باللاحقة " λ ".

[note-suffix-omega-7] 1 2 يتم الإشارة إلى الكميات الاتجاهية باللاحقة " Ω ".

[ISO_9288-1989-1] 1 2 3 "العزل الحراري - انتقال الحرارة بالإشعاع - الكميات الفيزيائية والتعريفات" . ISO 9288:1989 . كتالوج ISO . 1989. تاريخ الاسترجاع: 15 مارس 2015 .

[2] ويليام روس ماكلوني، مقدمة في علم قياس الإشعاع وعلم قياس الضوء ، دار أرتيك هاوس، بوسطن، ماساتشوستس، 1994، رقم ISBN 978-0890066782

[ 1 ]

[ 2 ].

[ رقم 1 ]

[ nb 2 ]

[ nb 3 ]

[ nb 4 ]

[ nb 5 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗