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Berechnung der Bestrahlungsstärke E.
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(Siehe Gerthsen, Physik [Mes06, pp. 567-571])
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Berechnung der Bestrahlungsstärke E.
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Von einer Quelle eines Strahlungsfeldes fliesst Energie weg.
Der Fluss dieser Energie wird durch die Intensität I
(Einheit W m−2) und die Strahlungsstromdichte 
(
) als
gerichtete Grösse charakterisiert. Auf einem Flächenstück d
,
dessen Normaleneinheitsvektor d
∕dA im Winkel α zur
Ausbreitungsrichtung (gegeben durch den Wellenvektor 
)
steht, ist die momentane Strahlungsleistung d
 | (3.1) |
Abbildung 3.1 zeigt die geometrische Situation. So wie
angegeben resultiert eine negative Grösse. Dies ist richtig, da
ja, aus Sicht des Normalenvektors d
der Strahlungsfluss
entgegen seiner richtung ist. Die Bestrahlungsstärke
nennt man E, definiert als
 | (3.2) |
Die Einheit von E ist W m−2. Die pro Fläche eintreffende Energie, die Bestrahlung, ist
 |
Die Leistung der Strahlungsquelle auf einer endlichen Fläche, auch Strahlungsfluss Φ genannt, ist
 |
Strahlungsquellen haben meistens keine kugelsymmetrische Abstrahlcharakteristik. Die in den Raumwinkel dΩ gerichtete Leistung wird durch die Strahlungsstärke J, Einheit W sr−1 gegeben
 | (3.3) |
Die spezifische Ausstrahlung R beschreibt die
Ausstrahlung der Quelle von einem Flächenstück d
in den
ganzen Halbraum
 | (3.4) |
Schliesslich wird vom Flächenelement dA in den Raumwinkel dΩ eine Leistung d2P abgestrahlt. Diese wird durch die Strahlungsdichte B beschrieben
 | (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
 | (3.6) |
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  cm2 eines schwarzen
Körpers bei 2042 K, der Schmelztemperatur von
Platin, ausgeht. |
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| Physikalische Grössen | Physiologische oder photometrische Grössen
| ||||
| Grösse | Symbol | Einheit | Grösse | Symbol | Einheit |
| Strahlungsenergie | E | J | Lichtmenge | Q | lm s |
| Strahlungsfluss | Φ | W | Lichtstrom | Φ | lm |
| Spezifische Ausstrahlung | R | W m−2 | Spezifische Lichtausstrahlung | R | lm m−2 |
| Strahlungsstärke | J =  | W sr−1 | Lichtstärke | I =  | cd = lm sr−1 |
| Strahlungsdichte | B =  | W m−2 sr−2 | Leuchtdichte | B =  | cd m−2 = sb |
| Intensität Strahlungsflussdichte | D = I =  | W m−2 | Intensität Lichtstromdichte | D = I =  | lx = lm m−2 |
| Bestrahlungsstärke | E= D cos(α) | W m−2 | Beleuchtungsdichte | E= D cos(α) | lx |
| Bestrahlung | ∫ Edt | J m−2 | Beleuchtung | ∫ Edt | lx s |
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| Versuch zur Vorlesung: | |
| Fettfleckphotometrie: Helligkeitsvergleich zweier Lampen (Versuchskarte O-61) | |