Radiomeetria

2 min read
In 38 languages

Radiomeetria on füüsikas elektromagnetkiirguse energia ja selle jaotuse mõõtmine; geoloogias maakoore loodusliku radioaktiivsuse mõõtmise meetod.

Tähtsamad radiomeetrilised suurused

Radiomeetrias mõõdetakse elektromagnetkiirgusena leviva energia jaotust ruumis. Kuna inimsilma tundlikkus on eri lainepikkustel oluliselt erisugune, siis valguse nähtavuse iseloomustamiseks kasutatakse radiomeetriliste suuruste asemel fotomeetrilisi suurusi.

Suurus	Inglise keeles	Tähis	SI ühik	Kirjeldus	Vastav valgussuurus
Kiirgusvoog	radiant flux	$\Phi _{\mathrm {e} }$	W	Kiirgusenergia ajaühikus	Valgusvoog $\Phi _{\mathrm {v} }$
Kiirgustugevus	radiant intensity	$I_{\mathrm {e} }$	W/sr	Kiirgusvoog ruuminurga kohta	Valgustugevus $I_{\mathrm {v} }$
Kiiritustihedus	irradiance	$E_{\mathrm {e} }$	W/ m²	Kiirgusvoog kiirgust vastuvõtva efektiivpinna kohta	Valgustustihedus $E_{\mathrm {v} }$
Kiirgavus	radiant exitance	$M_{\mathrm {e} }$	W/m²	Kiirgusvoog kiirgust väljasaatva efektiivpinna kohta	Valguskiirgavus $M_{\mathrm {v} }$
Säritus	radiant exposure	$H_{\mathrm {e} }$	J/m²	Kiirgusenergia kiirgust vastuvõtva efektiivpinna kohta	Valgussäritus $H_{\mathrm {v} }$
Kirkus	radiance	$L_{\mathrm {e} }$	W/(m²·sr)	Kiirgusvoog ruuminurga ja kiirgust väljasaatva efektiivpinna kohta	Heledus $L_{\mathrm {v} }$
Radiomeetrilisi ja fotomeetrilisi suurusi eristatakse indeksiga e (ingl k sõnast energetic ja v (visual). Kui vaatluse all on ainult kas radiomeetrilised või ainult fotometrilised suurused, jäetake indeks sageli ära.

Kiirgusvoog

Kiirgusvoog (ingl k radiant flux) on energiahulk, mida kiirgus kannab ajaühikus läbi mingi pinna. See on radiomeetria põhisuurus. Kiirgusvoo ühik on vatt.

$\Phi _{e}=\int _{\Sigma }\left\langle {\vec {S}}\right\rangle \,d\Sigma$

Siin $\Sigma$ on mingi pind, üle mille integreeritakse ja ${\vec {S}}$ on Poyntingi vektor.

Kui meid huvitab kiirgusvoo spektraalne jaotus, siis kasutatakse suurust kiirgusvoo spektraalne tihedus, mis iseloomustab kiirgusvoo hulka spektrivahemikus (λ,λ+dλ):

$\phi _{e,\lambda }={\frac {d\Phi _{e}(\lambda)}{d\lambda }}$

Kuigi kiirgusvoo spektraalse tiheduse põhiühik on W/m, on tihti praktilisem ühik W/nm.

Kiirgustugevus

Kiirgustugevus (ingl k radiant intensity) $I_{e}$ iseloomustab kiirgavalt kehalt lähtuvat kiirgusvoogu ja on määratud ruumielementi $d\Omega$ sattuva kiirgusvooga.

I_{\mathrm {e},\Omega }={\frac {{\text{d}}\Phi _{\mathrm {e} }}{{\text{d}}\Omega }},

Seega on kiirgustugevuse dimensioon W/sr. Üldjuhul sõltub kiirgustugevus suunast: $J_{e}=J_{e}(\theta,\phi)$ ja kogu kehalt lähtuva kiirgusvoo saab integreerides üle kogu ruuminurga:

$\Phi _{e,kogu}=\int _{4\pi }J_{e}(\theta,\phi)\,d\Omega$

Isotroopse kiirguri puhul $\Phi _{e,kogu}=4\,\pi J_{e}$ . Kiirgustugevus võib sõltuda ka lainepikkusest. Sel juhul räägitakse kiirgustugevuse spektraalsest tihedusest:

$j_{e,\lambda }={\frac {dJ_{e}(\lambda)}{d\lambda }}$

Kirkus

Kirkus (ing. k radiance) iseloomustab ruumi- ja mittepunktvalgusallikate kiiratud valgust. Mõõdetakse kiirgusvoogu $d\Phi _{e}$ antud suunas ruuminurka $d\Omega$ sõltuvana nähtava pinna suurusest $d\Sigma \cdot \cos(\theta)$ :

$L_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\Sigma \cos(\theta)d\Omega }}$

Kirkuse dimensioon on W/(m²sr). Kui kiirguri pinnalt levib kiirgus igas suunas ühtemoodi (isotroopne kiirgur), siis

$d\Psi _{e}=L_{e}\cdot d\Sigma \cdot \cos(\theta)\cdot d\Omega$

ehk kiirgusvoog sõltub siis ainult nähtava pinna suurusest – sisuliselt ainult kiirguri pinna nurgast. Selliseid valgusallikaid nimetatakse Lamberti kiirguriteks ja neid iseloomustab Lamberti seadus. Sellisteks kiirgusallikateks on näiteks absoluutselt must keha või mattklaasiga lamp.

Kirkusega iseloomustatakse ka passiivseid kiirgureid ehk peegeldajaid.

Kiirgavus

Kiirgavuseks (ingl k radiant excitance) nimetatakse kogu kiirgusvoogu pinnaelemendilt:

$M_{e}={\frac {d\Phi }{d\Sigma }}$

Kiirgavuse mõõtühik on W/m² (watt ruutmeetrilt). Kiirgavuse spektraalne tihedus:

$m_{e,\lambda }={\frac {\,dM_{e}(\lambda)}{d\lambda }}$ .

Vastavalt Lamberti koosinusseadusele $M_{e}=\,\pi L_{e}$ .

Kiiritustihedus

Kiiritustiheduseks (ingl k irradiance) nimetatakse pinnale $d\sigma$ nurga $\theta$ all langevat kiirgusvoogu $d\Phi _{e}$ :

$E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\sigma }}\cos {\theta }$ .

Kiiritustiheduse dimensioon on W/m² (watt ruutmeetrile). Kiiritustiheduse spektraalne tihedus defineeritakse analoogselt kiirgavuse spektraalse tihedusega.

Isotroopse valgusallika puhul on punktallika kiiritustihedus allikast kaugusel $r$ :

$E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\sigma }}={\frac {J_{e}\cdot d\Omega }{r^{2}\cdot d\Omega }}={\frac {J_{e}}{r^{2}}}$ .

Kirjandus

Wendlandt, W.W.M., Hecht, H.G. Reflectance Spectroscopy. Wiley, 1966.
Nicodemus, F.E., Richmond, J.C., Hsia, J.J., Venable, V.H., Jr., Ginsberg, I.W., Limperis, T. Geometrical Considerations for Reflectance Nomenclature. National Bureau of Standards Report, 1977.
Terminology and Units of Radiation Quantities and Measurements. Ed. by E. Raschke. IAMAP, Radiation Commission, Boulder, Col., 1978.
Vainikko, G. Kiirguslevi. Matemaatilise füüsika täiendavaid peatükke. Tartu Ülikool, Arvutusmatemaatika kateeder, Tartu, 1990.
Kuusk, A. Kiirguslevi. Biogeofüüsika õppetool, Tartu-Tõravere, 1993.
Lenoble, J. Atmospheric Radiative Transfer. A. Deepak Publishing, 1993.
Veismann, U. Keskkonna kaugsondeerimine. Meetodid ja vahendid. Eesti Merehariduskeskus, TÜ Keskkonnafüüsika Instituut, Tallinn, 1994.
DeCusatis, C. (Ed.) Handbook of Applied Photometry. Springer, 1998.
Rieke, G. Detection of Light. From the Ultraviolet to the Submillimeter. 2nd edition. Cambridge University Press, 2003.
Vardavas, I.M., Taylor, F.W. Radiation and Climate. Oxford University Press, 2007.

Välislingid

TÜ aine "Optika" aineveeb. Materjalide autorid Hans Korge ja Mati Laan
Radiomeetria. Fotomeetria. Koostanud Hans Korge