Пространственное распределение излучения

Распределения излучения в пространстве, во времени и по спектру характеризуются плотностями распределения, т.е. отношением изменения фактора в элементарном интервале аргумента к величине этого интервала.

Например, данное выше определение потока Q = dW / d t как скорости изменения энергии, характеризует распределение энергии по времени. Эта величина определяет изменчивость процесса.

Если Q (t)=const, dQ / d t=0 (или зависимостью Q от t можно пренебречь), то такие процессы называются стационарными.

Процессы, в которых необходимо учитывать зависимость Q = f (t), называются нестационарными.

Пространственные распределения описываются тремя видами характеристик:

плотность распределения излучения по поверхности E = dQ / dF, H = dW / dF;

плотность распределения излучения по объему: h= dQ / dV, u = dW / dV;

плотность распределения излучения по углу: J = dQ /dw, j = d h/ d w, I = dE / d w.

Если плотность распределения имеет одинаковое значение для всех элементов пространства, то поле такого распределения называется однородным или изотопным в этом пространстве, если же плотность распределения переменна, то поле неоднородно или анизотропно.

Поверхностная плотность потока излучения Е – поток излучения, проходящий через единицу поверхности по всевозможным направлениям в пределах полного полусферического телесного угла (см. ниже), отнесенный к величине этого элемента поверхности:

                            (2.3)

Размерность поверхностной плотности потока соответствует мощности, приходящейся на единицу поверхности. Единица в СИ: 1 Вт/м².

Поверхностная плотность потока, как и поток излучения, бывает собственного падающего, отраженного, поглощенного, исходящего и результирующего излучения с соответствующими индексами E _соб, E _пад, E _отр, E _пр, E _погл, E _исх, E _рез.

В системах обозначений физической оптики поверхностная плотность потока излучения имеет два термина для падающего и исходящего от тела потоков излучения:

энергетическая светимость – эквивалент плотности исходящего потока, т.е. сумма плотностей собственного и отраженного потоков с обозначением R: R = E _исх= E _соб+ E _отр;

облученность или энергетическая облученность Е – эквивалент плотности падающего потока излучения Е _пад.

Во многих случаях для обозначения плотности потока излучения используется и плотность теплового потока q _изл, особенно при сложном теплообмене.

Для тепловых потоков конвекцией и теплопроводностью также применяется понятие поверхностной плотности потока q _конв и q_конд.

Поверхностная плотность энергии Н – энергия излучения, приходящаяся на единицу поверхности тела, единица в СИ 1 Дж/м², применяется чаще как мера падающего излучения, поэтому именуется количеством облучения или энергетической экспозицией, т.е. произведением облученности на длительность облучения.

Применяется в расчетах облучательных установок и в космической технике, являясь по смыслу удельной дозой теплоты.

Объемная плотность потока излучения h – это отношение потока излучения элемента объема в пределах полного сферического угла в 4 p к величине этого элемента объема:

                   (2.4)

Размерность объемной плотности потока соответствует мощности, приходящейся на единицу объема. Единица измерения в СИ 1 Вт/м³.

Объемная плотность потока, как и поток, бывает: собственного излучения, падающего, поглощенного, рассеянного, ослабленного, исходящего и результирующего:

                           (2.4а)

Объемная плотность энергии излучения и – отношение энергии излучения в элементе объема к величине этого элемента объема:

                                                     (2.5)

Размерность объемной плотности энергии соответствует энергосодержанию единицы объема. Единица измерения в СИ 1 Дж/м³.