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。
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
- ,
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):
- ,
即
- .
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:
強度則是將上式乘上波速 :
「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
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(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 |
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(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
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