Radiometría - Radiometry

La radiometría es un conjunto de técnicas para medir la radiación electromagnética , incluida la luz visible . Las técnicas radiométricas en óptica caracterizan la distribución del poder 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 radiometría y 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 recuento de fotones .

El uso de radiómetros para determinar la temperatura de objetos y gases midiendo el flujo de radiación se llama pirometría . Los dispositivos de pirómetro de mano a menudo se comercializan como termómetros infrarrojos .

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

La espectroradiometría es la medición de cantidades radiométricas absolutas en bandas estrechas de longitud de onda.

Cantidades radiométricas

Unidades de radiometría SI

v

t

mi
Cantidad		Unidad		Dimensión	Notas
Nombre	Símbolo	Nombre	Símbolo	Símbolo	Notas
Energía radiante	Q _e	joule	J	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Energía de radiación electromagnética.
Densidad de energía radiante	w _correo	julio por metro cúbico	J / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²	Energía radiante por unidad de volumen.
Flujo radiante	Φ _e	vatio	W = J / s	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻³	Energía radiante emitida, reflejada, transmitida o recibida, por unidad de tiempo. A esto a veces también se le llama "energía radiante".
Flujo espectral	Φ _{e, ν}	vatios por hercio	W / Hz	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Flujo radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅nm ⁻¹ .
Flujo espectral	Φ _{e, λ}	vatio por metro	W / m	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Intensidad radiante	Yo _{e, Ω}	vatio por estereorradián	W / sr	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻³	Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido, por unidad de ángulo sólido. Esta es una cantidad direccional .
Intensidad espectral	Yo _{e, Ω, ν}	vatios por estereorradián por hertz	W⋅sr ⁻¹ ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ L ² ⋅ T ⁻²	Intensidad radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr ⁻¹ ⋅nm ⁻¹ . Esta es una cantidad direccional .
Intensidad espectral	Yo _{e, Ω, λ}	vatio por estereorradián por metro	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻¹	M ⋅ L ⋅ T ⁻³
Resplandor	L _{e, Ω}	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. Esta es una cantidad direccional . Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad".
Radiación espectral	L _{e, Ω, ν}	vatios por estereorradián por metro cuadrado por hertz	W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Radiación de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr ⁻¹ ⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . Esta es una cantidad direccional . A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral".
Radiación espectral	L _{e, Ω, λ}	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	vatio por metro cuadrado	W / m ²	M ⋅ T ⁻³	Flujo radiante recibido por una superficie por unidad de área. Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad".
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral	E _{e, ν}	vatio por metro cuadrado por hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Irradiancia de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral". Las unidades de densidad de flujo espectral no pertenecientes al SI incluyen jansky (1 Jy = 10 ⁻²⁶ W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ ) y la unidad de flujo solar (1 sfu = 10 ⁻²² W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ = 10 ⁴ Jy).
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral	E _{e, λ}	vatio por metro cuadrado, por metro	W / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Radiosidad	J _e	vatio por metro cuadrado	W / m ²	M ⋅ T ⁻³	Flujo radiante que deja (emite, refleja y transmite) una superficie por unidad de área. Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad".
Radiosidad espectral	J _{e, ν}	vatio por metro cuadrado por hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Radiosidad de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral".
Radiosidad espectral	J _{e, λ}	vatio por metro cuadrado, por metro	W / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Exitance radiante	M _e	vatio por metro cuadrado	W / m ²	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. Esto a veces también se llama de forma confusa "intensidad".
Exitancia espectral	M _{e, ν}	vatio por metro cuadrado por hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻²	Exitancia radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . "Emitancia espectral" es un término antiguo para esta cantidad. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral".
Exitancia espectral	M _{e, λ}	vatio por metro cuadrado, por metro	W / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻³
Exposición radiante	H _e	julio por metro cuadrado	J / m ²	M ⋅ T ⁻²	Energía radiante recibida por una superficie por unidad de área, o equivalentemente irradiancia de una superficie integrada en el tiempo de irradiación. Esto a veces también se denomina "fluencia radiante".
Exposición espectral	Él _{, ν}	julio por metro cuadrado por hertz	J⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ⁻¹	Exposición radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en J⋅m ⁻² ⋅nm ⁻¹ . A esto a veces también se le llama "fluencia espectral".
Exposición espectral	Él _{, λ}	julio por metro cuadrado, por metro	J / m ³	M ⋅ L ⁻¹ ⋅ T ⁻²
Emisividad hemisférica	ε	N / A		1	Exitancia radiante de una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Emisividad hemisférica espectral	ε _ν o ε _λ	N / A		1	Exitancia espectral de una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Emisividad direccional	ε _Ω	N / A		1	Radiancia emitida por una superficie , dividida por la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Emisividad direccional espectral	ε _{Ω, ν} o ε _{Ω, λ}	N / A		1	Radiación espectral emitida por una superficie , dividida por la de un cuerpo negro a la misma temperatura que esa superficie.
Absortancia hemisférica	A	N / A		1	Flujo radiante absorbido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia ".
Absortancia hemisférica espectral	A _ν o A _λ	N / A		1	Flujo espectral absorbido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia espectral ".
Absortancia direccional	A _Ω	N / A		1	Resplandor absorbido por una superficie , dividido por el resplandor que incide sobre esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia ".
Absortancia direccional espectral	A _{Ω, ν} o A _{Ω, λ}	N / A		1	Radiación espectral absorbida por una superficie , dividida por la radiación espectral incidente sobre esa superficie. Esto no debe confundirse con " absorbancia espectral ".
Reflectancia hemisférica	R	N / A		1	Flujo radiante reflejado por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Reflectancia hemisférica espectral	R _ν o R _λ	N / A		1	Flujo espectral reflejado por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Reflectancia direccional	R _Ω	N / A		1	Radiancia reflejada por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Reflectancia direccional espectral	R _{Ω, ν} o R _{Ω, λ}	N / A		1	Radiación espectral reflejada por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Transmitancia hemisférica	T	N / A		1	Flujo radiante transmitido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Transmitancia hemisférica espectral	T _ν o T _λ	N / A		1	Flujo espectral transmitido por una superficie , dividido por el recibido por esa superficie.
Transmitancia direccional	T _Ω	N / A		1	Radiancia transmitida por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Transmitancia direccional espectral	T _{Ω, ν} o T _{Ω, λ}	N / A		1	Radiación espectral transmitida por una superficie , dividida por la recibida por esa superficie.
Coeficiente de atenuación hemisférico	μ	metro recíproco	m ⁻¹	L ⁻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	μ _ν o μ _λ	metro recíproco	m ⁻¹	L ⁻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	μ _Ω	metro recíproco	m ⁻¹	L ⁻¹	Resplandor absorbido y dispersado por un volumen por unidad de longitud, dividido por el recibido por ese volumen.
Coeficiente de atenuación direccional espectral	μ _{Ω, ν} o μ _{Ω, λ}	metro recíproco	m ⁻¹	L ⁻¹	Radiación espectral absorbida y dispersada por un volumen por unidad de longitud, dividida por la recibida por ese volumen.
Ver también: SI · Radiometría · Fotometría

Magnitudes radiométricas integrales y espectrales

Las cantidades integrales (como el flujo radiante ) describen el efecto total de la radiación de todas las longitudes de onda o frecuencias , mientras que las cantidades espectrales (como la potencia espectral ) describen el efecto de la radiación de una sola longitud de onda λ o frecuencia ν . A cada cantidad integral hay cantidades espectrales correspondientes, por ejemplo, el flujo radiante Φ _e corresponde a la potencia espectral Φ _{e, λ} y Φ _{e, ν} .

Obtener la contraparte espectral de una cantidad integral requiere una transición de límite . Esto proviene de la idea de que la probabilidad de existencia de fotones de longitud de onda solicitada con precisión es cero. Demostremos la relación entre ellos usando el flujo radiante como ejemplo:

Flujo integral, cuya unidad es W :

{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}}.}

Flujo espectral por longitud de onda, cuya unidad es W / m :

{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ lambda} = {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}} \ over \ mathrm {d} \ lambda},}

donde es el flujo radiante de la radiación en un pequeño intervalo de longitud de onda . El área bajo una gráfica con eje horizontal de longitud de onda es igual al flujo radiante total. ${\ Displaystyle \ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}}}$ ${\ Displaystyle [\ lambda - {\ mathrm {d} \ lambda \ over 2}, \ lambda + {\ mathrm {d} \ lambda \ over 2}]}$

Flujo espectral por frecuencia, cuya unidad es W / Hz :

{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {e}, \ nu} = {\ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}} \ over \ mathrm {d} \ nu},}

donde es el flujo radiante de la radiación en un pequeño intervalo de frecuencia . El área debajo de una parcela con eje horizontal de frecuencia es igual al flujo radiante total. ${\ Displaystyle \ mathrm {d} \ Phi _ {\ mathrm {e}}}$ ${\ Displaystyle [\ nu - {\ mathrm {d} \ nu \ over 2}, \ nu + {\ mathrm {d} \ nu \ over 2}]}$

Las cantidades 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 ( ): ${\ Displaystyle \ lambda \ cdot \ nu = c}$

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

o o

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

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

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

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

Ver también

Referencias

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).

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