Excitación radiante

Flujo radiante por unidad de área

En radiometría , la exitancia radiante o emitancia radiante es el flujo radiante emitido por una superficie por unidad de área, mientras que la exitancia espectral o emitancia espectral es la exitancia radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda , dependiendo de si el espectro se toma como una función de la frecuencia o de la longitud de onda. Este es el componente emitido de la radiosidad . La unidad SI de la exitancia radiante es el vatio por metro cuadrado ( W/m ² ), mientras que la de la exitancia espectral en frecuencia es el vatio por metro cuadrado por hercio (W·m ⁻² ·Hz ⁻¹ ) y la de la exitancia espectral en longitud de onda es el vatio por metro cuadrado por metro (W·m ⁻³ ), comúnmente el vatio por metro cuadrado por nanómetro ( W·m ⁻² ·nm ⁻¹ ). La unidad CGS ergio por centímetro cuadrado por segundo ( erg·cm ⁻² ·s ⁻¹ ) se utiliza a menudo en astronomía . La excitación radiante se suele denominar "intensidad" en ramas de la física distintas de la radiometría, pero en radiometría este uso conduce a confusión con la intensidad radiante .

Definiciones matemáticas

Excitación radiante

La exitancia radiante de una superficie , denotada $M e$ ("e" por "energético", para evitar confusiones con cantidades fotométricas ), se define como ^[1] donde $\partial$ es el símbolo de la derivada parcial , $Φ$ $e$ es el flujo radiante emitido y $A$ es el área de la superficie . $M_{\mathrm {e} }={\frac {\partial \Phi _{\mathrm {e} }}{\partial A}},$

El flujo radiante que recibe una superficie se llama irradiancia .

La excitación radiante de una superficie negra , según la ley de Stefan-Boltzmann , es igual a: donde $σ$ es la constante de Stefan-Boltzmann y $T$ es la temperatura de esa superficie. Para una superficie real, la excitación radiante es igual a: donde $ε$ es la emisividad de esa superficie. $M_{\mathrm {e}}^{\circ }=\sigma T^{4},$ $M_{\mathrm {e} }=\varepsilon M_{\mathrm {e} }^{\circ }=\varepsilon \sigma T^{4},$

Excitación espectral

La exitancia espectral en frecuencia de una superficie , denotada M _e,ν , se define como ^[1]

M_{\mathrm {e} ,\nu }={\frac {\partial M_{\mathrm {e} }}{\partial \nu }},

donde $ν$ es la frecuencia.

La exitancia espectral en longitud de onda de una superficie , denotada M _e,λ , se define como ^[1] donde $λ$ es la longitud de onda. $M_{\mathrm {e} ,\lambda }={\frac {\partial M_{\mathrm {e} }}{\partial \lambda }},$

La exitancia espectral de una superficie negra alrededor de una frecuencia o longitud de onda dada, según la ley del coseno de Lambert y la ley de Planck , es igual a:

{\begin{aligned}M_{\mathrm {e} ,\nu }^{\circ }&=\pi L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }^{\circ }={ \frac {2\pi h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{\frac {h\nu }{kT}}-1}},\\ [8pt]M_{\mathrm {e} ,\lambda }^{\circ }&=\pi L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }^{\circ }={\frac {2\pi hc^{2}}{\lambda ^{5}}}{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}},\end{alineado}}

donde $h$ es la constante de Planck , $ν$ es la frecuencia, $λ$ es la longitud de onda, $k$ es la constante de Boltzmann , $c$ es la velocidad de la luz en el medio, $T$ es la temperatura de esa superficie. Para una superficie real, la exitancia espectral es igual a: ${\begin{aligned}M_{\mathrm {e} ,\nu }&=\varepsilon M_{\mathrm {e} ,\nu }^{\circ }={\frac {2\pi h\ varepsilon \nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{\frac {h\nu }{kT}}-1}},\\[8pt]M_{\ mathrm {e} ,\lambda }&=\varepsilon M_{\mathrm {e} ,\lambda }^{\circ }={\frac {2\pi h\varepsilon c^{2}}{\lambda ^{ 5}}}{\frac {1}{e^{\frac {hc}{\lambda kT}}-1}}.\end{aligned}}$

Unidades de radiometría del SI

Unidades de radiometría del SI
en
a
mi
Cantidad		Unidad		Dimensión	Notas
Nombre	Símbolo ^{[nb 1]}	Nombre	Símbolo	Dimensión	Notas
Energía radiante	$Q e$ ^{[nb 2]}	joule	Yo	M⋅L2⋅T − ²	Energía de la radiación electromagnética.
Densidad de energía radiante	$nosotros $	julio por metro cúbico	J/ ^m3	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²	Energía radiante por unidad de volumen.
Flujo radiante	$Φ y$ ^{[nb 2]}	vatio	W = J/s	M⋅L2⋅T − 3	Energía radiante emitida, reflejada, transmitida o recibida por unidad de tiempo. A veces también se la denomina "potencia radiante" y en astronomía se la denomina luminosidad .
Flujo espectral	$Φ e, ν$ ^{[nota 3]}	vatio por hercio	W/ Hz	M⋅L2⋅T − ²	Flujo radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Esta última se mide habitualmente en W⋅nm ⁻¹ .
Flujo espectral	$Φ e, λ$ ^{[nota 4]}	vatio por metro	Peso en metros	M⋅L⋅T − 3
Intensidad radiante	$Yo e,Ω$ ^{[nb 5]}	vatio por estereorradián	Con sr.	M⋅L2⋅T − 3	Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido por unidad de ángulo sólido. Se trata de una magnitud direccional .
Intensidad espectral	$Yo e,Ω, ν$ ^{[nota 3]}	vatio por estereorradián por hercio	W⋅sr ⁻¹ ⋅Hz ⁻¹	M⋅L2⋅T − ²	Intensidad radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Esta última se mide habitualmente en W⋅sr ⁻¹ ⋅nm ⁻¹ . Se trata de una cantidad direccional .
Intensidad espectral	$Yo, e,Ω, λ$ ^{[nota 4]}	vatio por estereorradián por metro	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻¹	M⋅L⋅T − 3
Resplandor	$L e,Ω$ ^{[nb 5]}	vatio por estereorradián por metro cuadrado	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻²	M⋅T ⁻3	Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido por una superficie , por unidad de ángulo sólido por unidad de área proyectada. Se trata de una magnitud direccional . A veces también se la denomina, de manera confusa, "intensidad".
Radiancia espectral Intensidad específica	$L e,Ω, ν$ ^{[nota 3]}	vatio por estereorradián por metro cuadrado por hercio	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M⋅T ⁻2	Radiancia de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Esta última se mide habitualmente en W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . Se trata de una cantidad direccional . A veces también se la denomina, de forma confusa, "intensidad espectral".
Radiancia espectral Intensidad específica	$L e,Ω, λ$ ^{[nota 4]}	vatio por estereorradián por metro cuadrado, por metro	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻³	M⋅L − 1⋅T ⁻3
Densidad de flujo de irradiancia	$E e$ ^{[nb 2]}	vatio por metro cuadrado	W/ ^m2	M⋅T ⁻3	Flujo radiante que recibe una superficie por unidad de área. A veces también se lo denomina, de manera confusa, "intensidad".
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral	$E e, ν$ ^{[nb 3]}	vatio por metro cuadrado por hercio	W⋅m ⁻ 2⋅Hz ⁻¹	M⋅T ⁻2	Irradiancia de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. A veces también se la llama, de manera confusa, "intensidad espectral". Las unidades de densidad de flujo espectral que no pertenecen al SI incluyen Jansky (1 julio =10 ⁻²⁶ W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ ) y unidad de flujo solar (1 ufs =10 ⁻²² W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ =10 ⁴ Jy ).
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral	$E e, λ$ ^{[nota 4]}	vatio por metro cuadrado, por metro	W/ ^m3	M⋅L − 1⋅T ⁻3
Radiosidad	$Yo$ ^{[nb 2} $]$	vatio por metro cuadrado	W/ ^m2	M⋅T ⁻3	Flujo radiante que sale (emitido, reflejado y transmitido) de una superficie por unidad de área. A veces también se lo denomina, de manera confusa, "intensidad".
Radiosidad espectral	$J e, ν$ ^{[nb 3]}	vatio por metro cuadrado por hercio	W⋅m ⁻ 2⋅Hz ⁻¹	M⋅T ⁻2	Radiosidad de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Esta última se mide habitualmente en W⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . A veces también se la denomina, de forma confusa, "intensidad espectral".
Radiosidad espectral	$J e, λ$ ^{[nb 4]}	vatio por metro cuadrado, por metro	W/ ^m3	M⋅L − 1⋅T ⁻3
Excitación radiante	$Yo y$ ^{[nb 2]}	vatio por metro cuadrado	W/ ^m2	M⋅T ⁻3	Flujo radiante emitido por una superficie por unidad de área. Este es el componente emitido de la radiosidad. "Emitancia radiante" es un término antiguo para esta cantidad. A veces también se la denomina, de manera confusa, "intensidad".
Excitación espectral	$Yo, ν$ ^{[nb 3]}	vatio por metro cuadrado por hercio	W⋅m ⁻ 2⋅Hz ⁻¹	M⋅T ⁻2	Excitancia radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Esta última se mide comúnmente en W⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . "Emitancia espectral" es un término antiguo para esta cantidad. A veces también se la denomina, de manera confusa, "intensidad espectral".
Excitación espectral	$Yo, λ$ ^{[nb 4]}	vatio por metro cuadrado, por metro	W/ ^m3	M⋅L − 1⋅T ⁻3
Exposición radiante	$Él $	julio por metro cuadrado	J/ ^m2	M⋅T ⁻2	Energía radiante que recibe una superficie por unidad de área o, equivalentemente, irradiancia de una superficie integrada en el tiempo de irradiación. A veces también se la denomina "fluencia radiante".
Exposición espectral	$Él, ν$ ^{[nb 3]}	julio por metro cuadrado por hercio	J⋅m ⁻ 2⋅Hz ⁻¹	M⋅T ⁻1	Exposición radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Esta última se mide habitualmente en J⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . A veces también se denomina "fluencia espectral".
Exposición espectral	$Él, λ$ ^{[nb 4]}	julios por metro cuadrado, por metro	J/ ^m3	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²
Ver también: SI Radiometría Fotometría

^ Las organizaciones de normalización recomiendan que las cantidades radiométricas se denoten con el sufijo "e" (por "energético") para evitar confusiones con cantidades fotométricas o de fotones .
^ abcde Símbolos alternativos que a veces se ven: $W$ o $E$ para energía radiante, $P$ o $F$ para flujo radiante, $I$ para irradiancia, $W$ para exitancia radiante.
^ abcdefg Las cantidades espectrales dadas por unidad de frecuencia se denotan con el sufijo " ν " (letra griega nu , que no debe confundirse con la letra "v", que indica una cantidad fotométrica).
^ abcdefg Las cantidades espectrales dadas por unidad de longitud de onda se denotan con el sufijo " λ ".
^ Las cantidades direccionales se denotan con el sufijo " Ω ".

Véase también

Radiosidad

Referencias

^ abc «Aislamiento térmico — Transferencia de calor por radiación — Vocabulario». ISO_9288:2022 . Organización Internacional de Normalización . 2022 . Consultado el 17 de junio de 2023 .

[note-suffix-e-2] Las organizaciones de normalización recomiendan que las cantidades radiométricas se denoten con el sufijo "e" (por "energético") para evitar confusiones con cantidades fotométricas o de fotones .

[note-alternative-symbol-radiometric-3] Símbolos alternativos que a veces se ven: $W$ o $E$ para energía radiante, $P$ o $F$ para flujo radiante, $I$ para irradiancia, $W$ para exitancia radiante.

[note-suffix-nu-4] Las cantidades espectrales dadas por unidad de frecuencia se denotan con el sufijo " ν " (letra griega nu , que no debe confundirse con la letra "v", que indica una cantidad fotométrica).

[note-suffix-lambda-5] Las cantidades espectrales dadas por unidad de longitud de onda se denotan con el sufijo " λ ".

[note-suffix-omega-6] Las cantidades direccionales se denotan con el sufijo " Ω ".

[ISO_9288:2022-1] «Aislamiento térmico — Transferencia de calor por radiación — Vocabulario». ISO_9288:2022 . Organización Internacional de Normalización . 2022 . Consultado el 17 de junio de 2023 .