القياس الإشعاعي

مقارنة الكميات الضوئية والإشعاعية

علم قياس الإشعاع هو مجموعة من التقنيات لقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الضوء المرئي . تُحدد تقنيات قياس الإشعاع في علم البصريات توزيع طاقة الإشعاع في الفضاء، على عكس تقنيات قياس الضوء التي تُحدد تفاعل الضوء مع العين البشرية.

يتمثل الفرق الأساسي بين قياس الإشعاع وقياس الضوء في أن قياس الإشعاع يغطي طيف الإشعاع البصري بأكمله ، [ 1 ] بينما يقتصر قياس الضوء على الطيف المرئي . [ 2 ] ومع ذلك، تتضمن بعض تعريفات قياس الإشعاع أجزاءً أخرى من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي ، [ 3 ] [ 4 ] وتُعرّف بعض المعاجم قياس الضوء بحيث تُوزن الكميات المرتبطة به بالطول الموجي وفقًا للحساسية الطيفية للجهاز البصري البشري. [ 5 ] ولذلك، يمكن اعتبار قياس الضوء نوعًا من قياس الإشعاع. [ 6 ] ويختلف قياس الإشعاع عن التقنيات الكمومية مثل عد الفوتونات .

يُطلق على استخدام أجهزة قياس الإشعاع لتحديد درجة حرارة الأجسام والغازات عن طريق قياس تدفق الإشعاع اسم قياس الإشعاع الحراري . وغالبًا ما تُسوّق أجهزة قياس الإشعاع الحراري المحمولة باليد على أنها موازين حرارة تعمل بالأشعة تحت الحمراء .

يُعدّ علم قياس الإشعاع ذا أهمية بالغة في علم الفلك ، ولا سيما علم الفلك الراديوي ، ويلعب دورًا محوريًا في الاستشعار عن بُعد للأرض . وتُسمى تقنيات القياس المصنفة ضمن علم قياس الإشعاع في مجال البصريات بعلم قياس الضوء في بعض التطبيقات الفلكية، خلافًا لاستخدام المصطلح في علم البصريات.

قياس الطيف الإشعاعي هو قياس الكميات الإشعاعية المطلقة في نطاقات ضيقة من الطول الموجي. [ 7 ]

الكميات الإشعاعية

كميةوحدةالأبعادملحوظات
اسمالرمز [ رقم 1 ]اسمرمز
الطاقة الإشعاعيةQ e [ nb 2 ]جولجML 2T −2طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي.
كثافة الطاقة الإشعاعيةنحنجول لكل  متر مكعبJ/m 3مل −1ت −2الطاقة الإشعاعية لكل وحدة حجم.
التدفق الإشعاعيΦ e [ nb 2 ]واطW = J/sمل 2ت −3الطاقة الإشعاعية المنبعثة أو المنعكسة أو المنقولة أو المستقبلة، لكل وحدة زمنية. ويُطلق عليها أحيانًا اسم "القدرة الإشعاعية"، وتُسمى في علم الفلك " السطوع ".
التدفق الطيفيΦ e, ν [ nb 3 ]واط لكل هرتزواط/ هرتزML 2T −2التدفق الإشعاعي لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الأخير عادةً بوحدة واط/ نانومتر .
Φ e, λ [ nb 4 ]واط لكل مترW/mملت −3
شدة الإشعاعI e,Ω [ nb 5 ]واط لكل ستراديانمع كبار السنمل 2ت −3التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو المنقول أو المستقبل، لكل وحدة زاوية مجسمة. هذه كمية اتجاهية .
شدة الطيفI e,Ω, ν [ nb 3 ]واط لكل ستراديان لكل هرتزW⋅sr −1 ⋅Hz −1ML 2T −2شدة الإشعاع لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط⋅ستراديان⁻¹⋅نانومتر⁻¹ . وهذه كمية اتجاهية .
I e,Ω, λ [ nb 4 ]واط لكل ستراديان لكل مترW⋅sr −1 ⋅m −1ملت −3
إشراقLe [ nb 5 ]واط لكل ستراديان لكل  متر مربعW⋅sr −1 ⋅m −2مت −3التدفق 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 النوعيةLe ,Ω, ν [ nb 3 ]واط لكل ستيراديان لكل  متر مربع لكل هرتزW⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1مت −2إشعاع 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".
Le ,Ω, λ [ nb 4 ]واط لكل ستيراديان لكل  متر مربع، لكل مترW⋅sr −1 ⋅m −3مل −1ت −3
كثافة تدفق الإشعاعE e [ nb 2 ]واط لكل متر مربعواط/ م²مت −3التدفق الإشعاعي الذي تتلقاه مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة".
الإشعاع الطيفي، كثافة التدفق الطيفيE e, ν [ nb 3 ]واط لكل  متر مربع لكل هرتزواط / متر⁻² هرتز⁻¹مت −2شدة 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 ).
E e, λ [ nb 4 ]واط لكل  متر مربع، لكل مترواط/ م³مل −1ت −3
راديوسيتيJ e [ nb 2 ]واط لكل متر مربعواط/ م²مت −3التدفق الإشعاعي الخارج من (المنبعث والمنعكس والمنفذ من) سطح ما لكل وحدة مساحة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة".
الإشعاع الطيفيJ e, ν [ nb 3 ]واط لكل  متر مربع لكل هرتزواط / متر⁻² هرتز⁻¹مت −2الإشعاعية السطحية لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط / متر مربع/ نانومتر . ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة الطيفية".
J e, λ [ nb 4 ]واط لكل  متر مربع، لكل مترواط/ م³مل −1ت −3
إشعاع متألقأنا [ ملاحظة 2 ]واط لكل  متر مربعواط/ م²مت −3التدفق 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 الطيفيMe , ν [ nb 3 ]واط لكل  متر مربع لكل هرتزواط / متر⁻² هرتز⁻¹مت −2الإشعاع 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".
Me , λ [ nb 4 ]واط لكل  متر مربع، لكل مترواط/ م³مل −1ت −3
التعرض الإشعاعيهوجول لكل  متر مربعJ/m 2مت −2الطاقة الإشعاعية التي تتلقاها مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة، أو ما يعادلها من إشعاع سطح متكامل على مدى فترة الإشعاع. ويطلق على هذا أحيانًا اسم "التدفق الإشعاعي".
التعرض الطيفيHe , ν [ nb 3 ]جول لكل  متر مربع لكل هرتزJ⋅m −2 ⋅Hz −1مت −1التعرض الإشعاعي لسطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس هذا الأخير عادةً بوحدة جول/متر مربع / نانومتر . ويُطلق عليه أحيانًا اسم "التدفق الطيفي".
He , λ [ nb 4 ]جول لكل  متر مربع، لكل مترJ/m 3مل −1ت −2
انظر أيضاً:
  1. توصي منظمات المعايير بأن يتم الإشارة إلى الكميات الإشعاعيةباللاحقة "e" (اختصارًا لـ "الطاقة") لتجنب الخلط بينها وبينالكميات الضوئية أو الفوتونية .
  2. 1 2 3 4 5 رموز بديلة تُرى أحيانًا: W أو E للطاقة الإشعاعية، P أو F للتدفق الإشعاعي، I للإشعاعية، W للإخراج الإشعاعي.
  3. 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).
  4. 1 2 3 4 5 6 7 الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة طول موجي يتم الإشارة إليها باللاحقة " λ ".
  5. 1 2 يتم الإشارة إلى الكميات الاتجاهية باللاحقة " Ω ".
كميةوحدات النظام الدولي للوحداتملحوظات
اسمرمز.
الانبعاثية نصف الكرويةεغير متوفرالإشعاع الخارج من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الخارج من جسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الانبعاثية الطيفية نصف الكرويةε ν ε λغير متوفرالإثارة الطيفية لسطح ما ، مقسومة على الإثارة الطيفية لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الانبعاثية الاتجاهيةε Ωغير متوفرالإشعاع المنبعث من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع المنبعث من جسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الانبعاثية الطيفية الاتجاهيةε Ω, ν ε Ω, λغير متوفرالإشعاع الطيفي المنبعث من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الامتصاص نصف الكرويأغير متوفرالتدفق الإشعاعي الذي تمتصه سطح ما ، مقسومًا على التدفق الإشعاعي الذي يستقبله ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا المصطلح و" الامتصاصية ".
الامتصاص الطيفي نصف الكرويA ν A λغير متوفرالتدفق الطيفي الذي تمتصه سطح ما ، مقسومًا على التدفق الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا وبين " الامتصاص الطيفي ".
الامتصاص الاتجاهيأ Ωغير متوفرالإشعاع الممتص بواسطة سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الساقط على ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا المصطلح و" الامتصاصية ".
الامتصاص الطيفي الاتجاهيA Ω, ν A Ω, λغير متوفرالإشعاع الطيفي الممتص بواسطة سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي الساقط على ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا المصطلح و" الامتصاص الطيفي ".
الانعكاس نصف الكرويRغير متوفرالتدفق الإشعاعي المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على التدفق الإشعاعي الذي يستقبله ذلك السطح.
الانعكاس الطيفي نصف الكرويR ν R λغير متوفرالتدفق الطيفي المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على التدفق الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح.
الانعكاس الاتجاهيR Ωغير متوفرالإشعاع المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الذي يستقبله ذلك السطح.
الانعكاس الطيفي الاتجاهيR Ω, ν R Ω, ​​λغير متوفرالإشعاع الطيفي المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح.
نفاذية نصف كرويةتيغير متوفرالتدفق الإشعاعي المنقول بواسطة سطح ما ، مقسومًا على التدفق الإشعاعي الذي يستقبله ذلك السطح.
النفاذية الطيفية نصف الكرويةT ν T λغير متوفرالتدفق الطيفي المنقول بواسطة سطح ما ، مقسومًا على التدفق الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح.
النفاذية الاتجاهيةتي أومغير متوفرالإشعاع المنبعث من سطح ما ، مقسوماً على الإشعاع الذي يستقبله ذلك السطح.
النفاذية الطيفية الاتجاهيةT Ω,ν T Ω, λغير متوفرالإشعاع الطيفي المنبعث من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح.
معامل التوهين نصف الكرويμم −1التدفق الإشعاعي الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على التدفق الذي يستقبله ذلك الحجم.
معامل التوهين الطيفي نصف الكرويμ ν μ λم −1التدفق الإشعاعي الطيفي الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على التدفق الذي يستقبله ذلك الحجم.
معامل التوهين الاتجاهيμ Ωم −1الإشعاع الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على الإشعاع الذي يستقبله ذلك الحجم.
معامل التوهين الطيفي الاتجاهيμ Ω, ν μ Ω, λم −1الإشعاع الطيفي الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على الإشعاع الذي يستقبله ذلك الحجم.

الكميات الإشعاعية التكاملية والطيفية

تصف الكميات التكاملية (مثل التدفق الإشعاعي ) التأثير الكلي للإشعاع بجميع أطواله الموجية أو تردداته ، بينما تصف الكميات الطيفية (مثل القدرة الطيفية ) تأثير الإشعاع بطول موجي واحد λ أو تردد واحد ν . ولكل كمية تكاملية كمية طيفية مقابلة ، تُعرَّف بأنها حاصل قسمة الكمية التكاملية على نطاق التردد أو الطول الموجي المدروس. [ 8 ] على سبيل المثال، يتوافق التدفق الإشعاعي Φe مع القدرة الطيفية Φe , λ و Φe , ν .

يتطلب الحصول على المقابل الطيفي لكمية صحيحة انتقالًا حديًا . وينبع هذا من فكرة أن احتمال وجود الفوتون ذي الطول الموجي المطلوب بدقة يساوي صفرًا. دعونا نوضح العلاقة بينهما باستخدام التدفق الإشعاعي كمثال:

التدفق المتكامل، ووحدته W : Φهـ.{\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }.} التدفق الطيفي حسب الطول الموجي، ووحدته واط/ متر : Φهـ،λ=دΦهـدλ،{\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\lambda },} أيندΦهـ{\displaystyle d\Phi _{\mathrm {e} }}يمثل التدفق الإشعاعي للإشعاع في نطاق صغير من الأطوال الموجية[λ-دλ2،λ+دλ2]{\displaystyle [\lambda -{d\lambda \over 2},\lambda +{d\lambda \over 2}]}المساحة تحت الرسم البياني الذي يمثل المحور الأفقي فيه الطول الموجي تساوي إجمالي التدفق الإشعاعي.

التدفق الطيفي حسب التردد، ووحدته واط/ هرتز : Φهـ،ν=دΦهـدν،{\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\nu },} أيندΦهـ{\displaystyle d\Phi _{\mathrm {e} }}هو التدفق الإشعاعي للإشعاع في نطاق تردد صغير[ν-دν2،ν+دν2]{\displaystyle [\nu -{d\nu \over 2},\nu +{d\nu \over 2}]}المساحة تحت الرسم البياني الذي يمثل محور التردد الأفقي تساوي إجمالي التدفق الإشعاعي.

ترتبط الكميات الطيفية بالطول الموجي λ والتردد ν ببعضها البعض، لأن حاصل ضرب المتغيرين هو سرعة الضوء (λν=ج{\displaystyle \lambda \cdot \nu =c}):

Φهـ،λ=جλ2Φهـ،ν،{\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={c \over \lambda ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\nu },}أوΦهـ،ν=جν2Φهـ،λ،{\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={c \over \nu ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda },}أوλΦهـ،λ=νΦهـ،ν.{\displaystyle \lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }=\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }.}

يمكن الحصول على الكمية التكاملية من خلال تكامل الكمية الطيفية:

Φهـ=0Φهـ،λدλ=0Φهـ،νدν=0λΦهـ،λدlnλ=0νΦهـ،νدlnν.{\displaystyle \Phi _{\mathrm {e} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,d\lambda =\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }\,d\nu =\int _{0}^{\infty }\lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,d\ln \lambda =\int _{0}^{\infty }\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }\,d\ln \nu .}

انظر أيضاً

مراجع

  1. اللجنة الدولية للإضاءة (2020). e-ILV، النسخة الإلكترونية من CIE S 017:2020، معجم الإضاءة الدولي (  الطبعة الثانية). فيينا: اللجنة الدولية للإضاءة . §17-25-005، قياس الإشعاع . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2025 .
  2. جمعية هندسة الإضاءة (2022). ANSI/IES LS-1-22، علم الإضاءة: المصطلحات والتعريفات لهندسة الإضاءة . نيويورك: جمعية هندسة الإضاءة . §8.4، قياس الضوء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2025 .
  3. جمعية هندسة الإضاءة (2022). ANSI/IES LS-1-22، علم الإضاءة: المصطلحات والتعريفات لهندسة الإضاءة . نيويورك: جمعية هندسة الإضاءة . §8.3، قياس الإشعاع . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2025 .
  4. الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2019). توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية: موسوعة المصطلحات الكيميائية (الكتاب الذهبي) ( الطبعة الثانية). ريسيرش تراينجل بارك، كارولاينا الشمالية: الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . §R05115، قياس الإشعاع. doi : 10.1351/goldbook . تاريخ الاسترجاع: 7 ديسمبر 2025 . 
  5. اللجنة الدولية للإضاءة (2020). e-ILV، النسخة الإلكترونية من CIE S 017:2020، معجم الإضاءة الدولي ( الطبعة الثانية). فيينا: اللجنة الدولية للإضاءة . §17-25-013، القياس الضوئي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2025 . 
  6. ديلورا، ديفيد ل.؛ هاوزر، كيفن و.؛ ميستريك، ريتشارد ج.؛ ستيفي، غاري ر. (2011). دليل الإضاءة: مرجع وتطبيق ( الطبعة العاشرة). نيويورك: جمعية هندسة الإضاءة . ص 9.1. ISBN   978-087995-241-9. OCLC 739932332 . 
  7. ليزلي د. ستروبل وريتشارد د. زاكيا (1993). موسوعة فوكال للتصوير الفوتوغرافي ( الطبعة الثالثة). دار فوكال للنشر . ص 115. ISBN   0-240-51417-3. قياس الطيف الإشعاعي، الموسوعة البؤرية للتصوير الفوتوغرافي.
  8. "ISO 80000-7:2019 - الكميات والوحدات، الجزء 7: الضوء والإشعاع" . المنظمة الدولية للمقاييس . 2013-08-20 . تاريخ الاطلاع: 2023-12-09 .
  • الأسئلة الشائعة حول قياس الإشعاع والقياس الضوئي صفحة الأسئلة الشائعة حول قياس الإشعاع للأستاذ جيم بالمر (كلية العلوم البصرية بجامعة أريزونا).