Плотность потока энергии

Пло́тность пото́ка эне́ргии — физическая величина, численно равная потоку энергии через малую площадку, перпендикулярную направлению потока, делённому на площадь этой площадки:

${\displaystyle J={\frac {d^{2}W}{dt\,dS}}}$.

Плотность потока энергии
${\displaystyle J={\frac {d^{2}W}{dt\,dS}}}$
Размерность	MT−3
Единицы измерения
СИ	Вт/м2
СГС	эрг·с−1·см-2
Примечания
скалярная величина

В СИ измеряется в Вт/м².

Нередко вводят также вектор плотности потока энергии (так называемый вектор Умова)

${\displaystyle {\vec {J}}={\frac {d^{2}W}{dt\,dS}}\,{\vec {e}}_{W}}$,

величина которого равна плотности потока энергии, а направление совпадает с направлением переноса энергии (${\displaystyle {\vec {e}}_{W}}$ — единичный вектор в этом направлении). В электродинамике вектор плотности потока электромагнитной энергии носит название вектора Пойнтинга^[1].

Плотность потока энергии, усреднённая по достаточно большому промежутку времени или (для периодического процесса) по периоду,

${\displaystyle I={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}J(t)dt={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}{\frac {d^{2}W}{dt\,dS}}\,dt={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}{\frac {dP}{dS}}\,dt}$,

часто называется интенсивностью. Здесь ${\displaystyle 0\ldots T}$ — промежуток времени усреднения, ${\displaystyle dS}$ — площадка, через которую переносится энергия, ${\displaystyle P}$ — переносимая мощность.

Также имеется понятие спектральной плотности потока энергии — плотности потока энергии в узком интервале частот ${\displaystyle \nu }$ или длин волн ${\displaystyle \lambda }$, отнесённой к величине интервала:

${\displaystyle {\vec {J}}_{\nu }(\nu )={\frac {d^{3}W}{dt\,dS\,d\nu }}\,{\vec {e}}_{W}\,\,}$ или ${\displaystyle \,\,{\vec {J}}_{\lambda }(\lambda )={\frac {d^{3}W}{dt\,dS\,d\lambda }}\,{\vec {e}}_{W}}$

с размерностью соответственно Вт/м²Гц или Вт/м²м.

Связь с фотометрическими величинами

Понятия «поток энергии» и «плотность потока энергии» используются применительно к произвольному виду энергии. Если речь идёт об энергии, переносимой оптическим излучением, то в фотометрии вместо термина «поток энергии» используют эквивалентный для такого случая термин «поток излучения». Что касается термина «плотность потока энергии», то в фотометрии наряду с этим понятием используются имеющие ту же размерность и близкий физический смысл понятия «облучённость» (энергетическая освещённость) и «энергетическая светимость». «Облучённость» отличается от плотности потока энергии тем, что относится только к оптическому излучению и представляет собой поток энергии, падающий на произвольно ориентированную малую площадку, отнесённый к площади этой площадки^[2]. «Энергетическая светимость» отличается от плотности потока энергии тем, что относится только к оптическому излучению и представляет собой поток энергии, излучаемый произвольно ориентированной малой площадкой, отнесённый к площади этой площадки.

См. также

• Плотность потока
• Плотность энергии
• Поток энергии

Примечания

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Физматлит, МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — С. 347—348. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3.
2. ГОСТ 26148—84. Фотометрия. Термины и определения.  (неопр.) Дата обращения: 28 ноября 2020. Архивировано из оригинала 16 марта 2020 года.