Flujo radiante

Medida de la energía radiante a lo largo del tiempo

En radiometría , el flujo radiante o potencia radiante es la energía radiante emitida, reflejada, transmitida o recibida por unidad de tiempo, y el flujo espectral o potencia espectral es el flujo radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda , dependiendo de si el espectro se toma en función de la frecuencia o de la longitud de onda. La unidad del SI del flujo radiante es el vatio (W), un julio por segundo ( J/s ), mientras que la del flujo espectral en frecuencia es el vatio por hercio ( W/Hz ) y la del flujo espectral en longitud de onda es el vatio por metro ( W/m ), comúnmente el vatio por nanómetro ( W/nm ).

Definiciones matemáticas

Flujo radiante

El flujo radiante , denotado $Φ e$ ('e' por "energético", para evitar confusiones con cantidades fotométricas ), se define como ^[1] donde ${\begin{aligned}\Phi _{\mathrm {e} }&={\frac {dQ_{\mathrm {e} }}{dt}}\\[2pt]Q_{\mathrm {e} }&=\int _{T}\int _{\Sigma }\mathbf {S} \cdot {\hat {\mathbf {n} }}\,dAdt\end{aligned}}$

$t$ es el tiempo;
$Q e$ es la energía radiante que sale de una superficie cerrada $Σ$ ;
$S$ es el vector de Poynting , que representa la densidad de corriente de energía radiante;
$n$ es el vector normal de un punto en $Σ$ ;
$A$ representa el área de $Σ$ ;
$T$ representa el período de tiempo.

La tasa de flujo de energía a través de la superficie fluctúa a la frecuencia de la radiación, pero los detectores de radiación solo responden a la tasa de flujo promedio. Esto se representa reemplazando el vector de Poynting con el promedio temporal de su norma, dando donde $⟨-⟩$ es el promedio temporal y $α$ es el ángulo entre $n$ y $\Phi _{\mathrm {e} }\approx \int _{\Sigma }\langle |\mathbf {S} |\rangle \cos \alpha \ dA,$ $\langle |\mathbf {S} |\rangle .$

Flujo espectral

El flujo espectral en frecuencia , denotado Φ _{e, ν} , se define como ^[1] donde $ν$ es la frecuencia. $\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={\frac {\partial \Phi _{\mathrm {e} }}{\partial \nu }},$

El flujo espectral en longitud de onda , denotado $Φ e, λ$ , se define como ^[1] donde $λ$ es la longitud de onda. $\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={\frac {\partial \Phi _{\mathrm {e} }}{\partial \lambda }},$

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

Referencias

^ abc «Aislamiento térmico. Transferencia de calor por radiación. Magnitudes físicas y definiciones». ISO 9288:1989 . Catálogo ISO . 1989. Consultado el 15 de marzo de 2015 .

Lectura adicional

Boyd, Robert (1983). Radiometría y detección de radiación óptica (Serie de Óptica Pura y Aplicada) . Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-86188-1.

[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_9288-1989-1] «Aislamiento térmico. Transferencia de calor por radiación. Magnitudes físicas y definiciones». ISO 9288:1989 . Catálogo ISO . 1989. Consultado el 15 de marzo de 2015 .