Radiometría

Técnicas para medir la radiación electromagnética

La radiometría es un conjunto de técnicas para medir la radiación electromagnética , incluida la luz visible . Las técnicas radiométricas en óptica caracterizan la distribución de la potencia de la radiación en el espacio, a diferencia de las técnicas fotométricas , que caracterizan la interacción de la luz con el ojo humano. La diferencia fundamental entre la radiometría y la fotometría es que la radiometría proporciona todo el espectro de radiación óptica, mientras que la fotometría se limita al espectro visible. La radiometría es distinta de las técnicas cuánticas , como el conteo de fotones .

El uso de radiómetros para determinar la temperatura de objetos y gases midiendo el flujo de radiación se denomina pirometría . Los pirómetros portátiles suelen comercializarse como termómetros infrarrojos .

La radiometría es importante en astronomía , especialmente en radioastronomía , y desempeña un papel importante en la teledetección terrestre . Las técnicas de medición categorizadas como radiometría en óptica se denominan fotometría en algunas aplicaciones astronómicas, al contrario del uso del término en óptica.

La espectroradiometría es la medición de cantidades radiométricas absolutas en bandas estrechas de longitud de onda. ^[1]

Magnitudes radiométricas

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 ".

Coeficientes de radiometría
en
a
mi
Cantidad		Unidades del SI	Notas
Nombre	Simb.	Unidades del SI	Notas
Emisividad hemisférica	$mi$	—	Excitancia radiante de una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Emisividad hemisférica espectral	$ε ν$ $ε λ$	—	Excitancia espectral de una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Emisividad direccional	$εΩ $	—	Radiancia emitida por una superficie , dividida por la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Emisividad direccional espectral	$εΩ, ν$ $εΩ, λ$	—	Radiancia espectral emitida por una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Absorbancia hemisférica	$A$	—	Flujo radiante absorbido por una superficie , dividido por el que recibe dicha superficie. No debe confundirse con " absorbancia ".
Absorción hemisférica espectral	$Una ν$ $Una λ$	—	Flujo espectral absorbido por una superficie , dividido por el que recibe dicha superficie. No debe confundirse con la " absorbancia espectral ".
Absorbancia direccional	$Un Ω$	—	Radiancia absorbida por una superficie , dividida por la radiancia incidente sobre esa superficie. No debe confundirse con " absorbancia ".
Absorbancia direccional espectral	$Un Ω, ν$ $Un Ω, λ$	—	Radiancia espectral absorbida por una superficie , dividida por la radiancia espectral incidente sobre esa superficie. No debe confundirse con " absorbancia espectral ".
Reflectancia hemisférica	$R$	—	Flujo radiante reflejado por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Reflectancia hemisférica espectral	$R ν$ $R λ$	—	Flujo espectral reflejado por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Reflectancia direccional	$RΩ $	—	Radiancia reflejada por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Reflectancia direccional espectral	$RΩ, ν$ $RΩ, λ$	—	Radiancia espectral reflejada por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Transmitancia hemisférica	$yo$	—	Flujo radiante transmitido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Transmitancia hemisférica espectral	$Tν$ $Tλ$ $$ $$	—	Flujo espectral transmitido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Transmitancia direccional	$TΩ $	—	Radiancia transmitida por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Transmitancia direccional espectral	$TΩ,ν$ $TΩ, λ$	—	Radiancia espectral transmitida por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Coeficiente de atenuación hemisférico	$micras$	m ^-1	Flujo radiante absorbido y dispersado por un volumen por unidad de longitud, dividido por el recibido por ese volumen.
Coeficiente de atenuación hemisférica espectral	$μνμλ $ $ $	m ^-1	Flujo radiante espectral absorbido y dispersado por un volumen por unidad de longitud, dividido por el recibido por ese volumen.
Coeficiente de atenuación direccional	$μΩ $	m ^-1	Radiancia absorbida y dispersada por un volumen por unidad de longitud, dividida por la recibida por ese volumen.
Coeficiente de atenuación direccional espectral	$μΩ, ν$ $μΩ, λ$	m ^-1	Radiancia espectral absorbida y dispersada por un volumen por unidad de longitud, dividida por la recibida por ese volumen.

Magnitudes radiométricas integrales y espectrales

Las magnitudes integrales (como el flujo radiante ) describen el efecto total de la radiación de todas las longitudes de onda o frecuencias , mientras que las magnitudes espectrales (como la potencia espectral ) describen el efecto de la radiación de una única longitud de onda $λ$ o frecuencia $ν$ . A cada magnitud integral le corresponden magnitudes espectrales , definidas como el cociente de la magnitud integrada por el rango de frecuencia o longitud de onda considerado. ^[2] Por ejemplo, el flujo radiante Φ _e corresponde a la potencia espectral Φ _{e, $λ$} y Φ _{e, $ν$} .

Para obtener la contraparte espectral de una cantidad integral se requiere una transición límite . Esto se debe a la idea de que la probabilidad de existencia de un fotón en la longitud de onda solicitada con precisión es cero. Demostremos la relación entre ellas utilizando el flujo radiante como ejemplo:

Flujo integral, cuya unidad es W : Flujo espectral por longitud de onda, cuya unidad es W/ m : donde es el flujo radiante de la radiación en un pequeño intervalo de longitud de onda . El área bajo un gráfico con eje horizontal de longitud de onda es igual al flujo radiante total. $\Phi _{\mathrm {e} }.$ $\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\lambda },$ $d\Phi _{\mathrm {e} }$ $[\lambda -{d\lambda \sobre 2},\lambda +{d\lambda \sobre 2}]$

Flujo espectral por frecuencia, cuya unidad es W/ Hz : donde es el flujo radiante de la radiación en un pequeño intervalo de frecuencia . El área bajo un gráfico con eje horizontal de frecuencias es igual al flujo radiante total. $\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={d\Phi _{\mathrm {e} } \over d\nu },$ $d\Phi _{\mathrm {e} }$ $[\nu -{d\nu \sobre 2},\nu +{d\nu \sobre 2}]$

Las magnitudes espectrales por longitud de onda $λ$ y frecuencia $ν$ están relacionadas entre sí, ya que el producto de las dos variables es la velocidad de la luz ( ): $\lambda \cdot \nu =c$

\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }={c \over \lambda ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\nu },

o o

\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }={c \over \nu ^{2}}\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda },

\lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }=\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }.

La cantidad integral se puede obtener mediante la integración de la cantidad espectral:

$\Phi _{\mathrm {e} }=\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,d\lambda =\int _{0} ^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }\,d\nu =\int _{0}^{\infty }\lambda \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda } \,d\ln \lambda =\int _{0}^{\infty }\nu \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }\,d\ln \nu .$

Véase también

Referencias

^ Leslie D. Stroebel y Richard D. Zakia (1993). Enciclopedia Focal de Fotografía (3.ª ed.). Focal Press . pág. 115. ISBN 0-240-51417-3. espectroradiometría Enciclopedia focal de fotografía.
^ "ISO 80000-7:2019 - Magnitudes y unidades, Parte 7: Luz y radiación". ISO . 2013-08-20 . Consultado el 2023-12-09 .

Enlaces externos

Preguntas frecuentes sobre radiometría y fotometría Página de preguntas frecuentes sobre radiometría del profesor Jim Palmer (Facultad de Ciencias Ópticas de la Universidad de Arizona).

[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 ".

[1] Leslie D. Stroebel y Richard D. Zakia (1993). Enciclopedia Focal de Fotografía (3.ª ed.). Focal Press . pág. 115. ISBN 0-240-51417-3. espectroradiometría Enciclopedia focal de fotografía.

[ISO_2013_i869-7] "ISO 80000-7:2019 - Magnitudes y unidades, Parte 7: Luz y radiación". ISO . 2013-08-20 . Consultado el 2023-12-09 .