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3.1  Strahlungsfelder

(Siehe Gerthsen, Physik [Mes06, pp. 567-571])

Von einer Quelle eines Strahlungsfeldes fliesst Energie weg. Der Fluss dieser Energie wird durch die Intensität I (Einheit Wm-2) und die Strahlungsstromdichte D(r) als gerichtete Grösse charakterisiert. Auf einem Flächenstück dA, dessen Normaleneinheitsvektor dA∕dA im Winkel α zur Ausbreitungsrichtung (gegeben durch den Wellenvektor k) steht, ist die momentane Strahlungsleistung dP

dP  = D  ·dA  =  DdA  cos(α) = IdA cos(α )
(3.1)

Die Bestrahlungsstärke nennt man E, definiert als

E =  D cos(α )
(3.2)

Die Einheit von E ist Wm-2. Die pro Fläche eintreffende Energie, die Bestrahlung, ist

            ∫
EStrahlung =   E ·dt
 Fläche

Die Leistung der Strahlungsquelle auf einer endlichen Fläche, auch Strahlungsfluss Φ genannt, ist

         ∬             ∬

P = Φ  =     D ·dA   =      EdA

Strahlungsquellen haben meistens keine kugelsymmetrische Abstrahlcharakteristik. Die in den Raumwinkel dΩ gerichtete Leistung wird durch die Strahlungsstärke J, Einheit Wsterad-1 gegeben

J =  dP-
     dΩ
(3.3)

Die spezifische Ausstrahlung R beschreibt die Ausstrahlung der Quelle von einem Flächenstück dA in den ganzen Halbraum

R =  dP-
     dA
(3.4)

Schliesslich wird vom Flächenelement dA in den Raumwinkel dΩ eine Leistung d2P abgestrahlt. Diese wird durch die Strahlungsdichte B beschrieben

      d2P
B  =  ------
      dAd Ω
(3.5)

Eine Quelle ohne Richtungsabhängigkeit wird Lambert-Strahler genannt. Realisierungen eines Lambert-Strahlers sind ein mattes weisses Papier, ein heisser schwarzer Körper oder eine Öffnung in einem strahlungsgefüllten Körper. Wird ein Lambert-Strahler im Winkel α gegen die Oberflächennormale betrachtet, so ist die Strahlungsstärke nach dem Lambert-Gesetz

J =  J0cos(α )
(3.6)

3.1.1  Photometrische Grössen

Wenn wir sichtbare Strahlung durch unser Auge wahrnehmen, ist die Reizung unserer Sehnerven nicht proportional zur Teilchenzahl oder zur Energie. Um der Wellenlängenabhängigkeit unseres Sehempfindens Rechnung zu tragen, wurden photometrische Grössen definiert, die Eigenschaften des Auges berücksichtigen. Die Photometrie beruht auf der SI-Grundeinheit Candela, abgekürzt cd.


Ein Candela ist definiert als der Lichtstrom pro Raumwinkeleinheit, der von 160 cm2 eines schwarzen Körpers bei 2042 K, der Schmelztemperatur von Platin, ausgeht.

Physikalische Grössen
Physiologische oder photometrische Grössen

Grösse

Symbol Einheit

Grösse

Symbol Einheit






Strahlungsenergie

E J

Lichtmenge

Q lms

Strahlungsfluss

Φ W

Lichtstrom

Φ lm

Spezifische Ausstrahlung

R Wm-2

Spezifische Lichtausstrahlung

R lmm-2

Strahlungsstärke

J = dΦ-
dΩ Wsterad-1

Lichtstärke

I = dΦ
dΩ cd = lmsterad-1

Strahlungsdichte

B = dA-dcoJs(α) Wm-2sterad-1

Leuchtdichte

B = dAcdIos(α) cdm-2 = sb

Intensität Strahlungsflussdichte

D = I = ddAΦ-
  ⊥ Wm-2

Intensität Lichtstromdichte

D = I = ddAΦ
  ⊥ lx = lmm-2

Bestrahlungsstärke

E= Dcos(α) Wm-2

Beleuchtungsdichte

E= Dcos(α) lx

Bestrahlung

Edt Jm-2

Beleuchtung

Edt lxs
Photometrische Grössen

PIC Versuch zur Vorlesung: Fettfleckphotometrie: Helligkeitsvergleich zweier Lampen (Versuchskarte O-61)



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