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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

,

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):

,

.

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 是電場複數振幅,則電磁波的能量密度的時間平均可由下式給出:

強度則是將上式乘上波速

其中 n 表示折射率 表示真空中的光速 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]

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「強度」定義的轉換

光度學輻射度量學中,「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

更多信息 物理量, 符號 ...
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 J 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) M

M
瓦特每立方米

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) L

L

瓦特球面度每立方米

瓦特球面度每平方米每赫茲

W⋅sr−1m−3

W⋅sr−1⋅m−2Hz−1
常用W⋅sr−1⋅m−2⋅nm−1
光譜輻照度(Spectral irradiance) Eλ

Eν
瓦特每立方米
瓦特每平方米每赫茲
W·m−3

W·m−2·Hz−1
通常測量單位為 W·m−2·nm−1
光譜功率(Spectral power) Φ 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) I 瓦特球面度每米 W⋅sr−1⋅m−1 輻射強度的波長分布
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參考資料

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