強度 (物理)

在物理學中，強度的定義是單位面積下的能量轉換率。在SI制單位下，瓦特每平方公尺（W/m²）。最常用來表示波的強度（例如：音波、光波）。通常指波在一個週期內的能量轉換率。

強度（intensity）一詞不同於「力度、力量強度」（strength）或振幅（amplitude）。

強度也可以被定義為能量密度乘上能量移動的速度；向量運算結果的單位等同於 W/m²。

數學描述

如果一個點聲源（光源）於三維空間向四面八方輻射能量，且能量沒有於中途因為被介質吸收或散射而散失，則強度隨著與輻射源距離的增加呈平方反比減弱。此為平方反比定律的一個例子。

如果傳輸功率為定值

${\displaystyle P=\int I\,\cdot dA}$,

其中 P 是輻射功率， I 是強度，dA 是面微分元素，封閉曲面包圍着輻射源。

若強度 I 在選定的表面上是一個定值，則有（假設選定一個半徑為 r 的球面作為積分的曲面）：

${\displaystyle P=|I|\cdot A_{\mathrm {surf} }=|I|\cdot 4\pi r^{2}\,}$,

即

${\displaystyle |I|={\frac {P}{A_{\mathrm {surf} }}}={\frac {P}{4\pi r^{2}}}}$.

如果過程中有阻尼參與，那麼強度隨距離的減弱會快於以上的方程。

任何能夠傳遞能量的東西都有一個相關的「強度」。對於電磁輻射，如果 E 是電場的複數振幅，則電磁波的能量密度的時間平均可由下式給出：

${\displaystyle \left\langle U\right\rangle ={\frac {n^{2}\epsilon _{0}}{2}}|E|^{2}}$

強度則是將上式乘上波速 ${\displaystyle c/n}$：

${\displaystyle I={\frac {cn\epsilon _{0}}{2}}|E|^{2}}$

其中 n 表示折射率，${\displaystyle c}$ 表示真空中的光速，${\displaystyle \epsilon _{0}}$ 表示真空介電常數.

以上的推導過程不適用於某些場，例如漸逝波。在這些情況下，強度可用坡印廷向量的大小來定義^[1]。

「強度」定義的轉換

在光度學和輻射度量學中，「強度」有不同的意思，分別是發光或輻射能量每單位立體角。在光學中可能造成混淆，因為強度可以代表輻射強度、發光強度或輻照度，隨著個人使用的習慣而有不同。輻射率有時也會被稱作強度，特別是天文學家和天體物理學家，在熱傳遞的研究也是如此。

參閱

• 場強（英語：Field strength）
• 音強
• 光強
• 星等

Table 1. 國際單位制的輻射量單位

• 閱
• 論
• 編

物理量	符號	國際單位制	單位符號	注釋
輻射出射度（Radiant exitance）	Me	瓦特每平方米	W·m−2	表面出射的輻射通量
輻射度（Radiosity）	Je or Jeλ	瓦特每平方米	W⋅m−2	表面出射及反射的輻射通量總和
輻射率（Radiance）	Le	瓦特每球面度每平方米	W·sr−1·m−2	每單位立體角每單位投射表面的輻射通量。
輻射能（Radiant energy）	Qe	焦耳	J	能量。
輻射能量密度（英語：Radiant energy density）（Radiant energy density）	ωe	焦耳每立方米	J⋅m−3
輻射強度（Radiant intensity）	Ie	瓦特每球面度	W·sr−1	每單位立體角的輻射通量。
輻射曝光量（Radiant exposure）	He	焦耳每平方米	J⋅m−2
輻射通量（Radiant flux）	Φe	瓦特	W	每單位時間的輻射能量，亦作「輻射功率」。
輻照度（Irradiance）	Ee	瓦特每平方米	W·m−2	入射表面的輻射通量。
光譜輻射出射度（Spectral radiant emittance）	Meλ 或 Meν	瓦特每立方米 或 瓦特每平方米每赫茲	W⋅m−3 or W⋅m−2⋅Hz−1	表面出射的輻射通量的波長或頻率的分布
光譜輻射率（Spectral radiance）	Leλ 或 Leν	瓦特每球面度每立方米 或 瓦特每球面度每平方米每赫茲	W⋅sr−1⋅m−3 或 W⋅sr−1⋅m−2⋅Hz−1	常用W⋅sr−1⋅m−2⋅nm−1
光譜輻照度（Spectral irradiance）	Eλ 或 Eν	瓦特每立方米 或 瓦特每平方米每赫茲	W·m−3 或 W·m−2·Hz−1	通常測量單位為 W·m−2·nm−1
光譜功率（Spectral power）	Φeλ	瓦特每米	W⋅m−1	輻射通量的波長分布
光譜強度（英語：Radiant intensity）（Spectral intensity）	Ieλ	瓦特每球面度每米	W⋅sr−1⋅m−1	輻射強度的波長分布

參考資料

1. Paschotta, Rüdiger. Optical Intensity. Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics. [2013-07-21]. （原始內容存檔於2013-10-21）.