Intensität (Physik)

Name

Intensität

$I$

Größen- und Einheitensystem	Einheit	Dimension
SI	W·m⁻² = kg·s⁻³	M·T⁻³

Die Intensität oder Strahlungsintensität ist in der Physik meist die Flächenleistungsdichte beim Transport von Energie. Der Begriff wird auch für den Betrag der Flächenstromdichte anderer physikalischer Größen verwendet. Die Bezeichnung wird meist für Wellenphänomene wie Schall oder elektromagnetische Strahlung verwendet, aber auch für alle anderen Arten von Transport, z. B. für die Teilchendichte in der Quantenmechanik. Für eine gegebene Fläche im Raum berechnet sich die Intensität als Quotient aus der durch die Fläche übertragenen Menge der betreffenden Größe (z. B. Leistung) und der Größe der Fläche. Gleichwertig ist das Produkt aus der räumlichen Dichte (z. B. Energiedichte) und der Geschwindigkeit des Transports.

Außerhalb der Physik wird der Begriff in ungenauer Weise auch für „Stärke“, „Kraft“, „Amplitude“, oder „Pegel“ verwendet.

Intensität in der Radiometrie und PhotometrieBearbeiten

In der Radio- und Photometrie werden folgende Größen als „Intensität“ („Strahlungsintensität“ bzw. „Lichtintensität“) bezeichnet:^[1]:

Bestrahlungsstärke (radiometrisch): die Leistung elektromagnetischer Strahlung durch Fläche (durchströmte Fläche oder Fläche, auf die die Strahlung trifft),
Beleuchtungsstärke (photometrisch): die Bestrahlungsstärke gewichtet mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges (photometrisches Strahlungsäquivalent).

Mit „Intensität“ kann aber – abweichend von der einleitend genannten generellen Definition von „Intensität“ – auch die Leistung in Bezug auf den Raumwinkel gemeint sein:

Strahlstärke: die Leistung elektromagnetischer Strahlung durch Raumwinkel (bei Radiowellen lautet der Begriff „Strahlungsintensität“^[2]),
Lichtstärke: die Strahlstärke gewichtet mit dem photometrischen Strahlungsäquivalent.

Strahl- und Lichtstärke beschreiben eine Eigenschaft der Strahlungsquelle; sie sind unabhängig von der Position des Strahlungsempfängers.

Im Englischen stehen die Begriffe radiant intensity und luminous intensity für die Strahlstärke bzw. die Lichtstärke. Light intensity hingegen ist mehrdeutig.

Intensität in der WellenlehreBearbeiten

Die Intensität elektromagnetischer Strahlung ist der Betrag vom zeitlichen Mittel ( $\textstyle \langle \dots \rangle _{t}$ ) des Poynting-Vektors $\textstyle S$

I=|\langle S\rangle _{t}|

In Medien ohne Dispersion mit der Energiedichte $\textstyle W$ gilt der Zusammenhang mit der Gruppengeschwindigkeit $\textstyle v_{\mathrm {gr} }$ als

I=\langle W\rangle _{t}\;v_{\mathrm {gr} }\,

Die Intensität ist proportional zum Quadrat der Amplitude $\textstyle A$ der Welle:

I\propto A^{2}\,

.

Bei einer monochromatischen, linear polarisierten elektromagnetischen Welle im Vakuum ist die Intensität^[3]:

I={\frac {1}{2}}c\varepsilon _{0}E_{0}^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {c}{\mu _{0}}}B_{0}^{2}\,.

Dabei ist $\textstyle c$ die Lichtgeschwindigkeit, $\textstyle \varepsilon _{0}$ die elektrische Feldkonstante sowie $\textstyle E_{0}$ und $\textstyle B_{0}$ die maximale Amplitude des elektrischen bzw. magnetischen Felds der Welle.

In linearen dielektrischen Medien mit dem Brechungsindex $\textstyle n$ gilt:

I={\frac {1}{2}}cn\varepsilon _{0}E_{0}^{2}\,

.

Intensität einer PunktquelleBearbeiten

Strahlt eine Punktquelle die Leistung $\textstyle P$ in drei Dimensionen aus und gibt es keinen Energieverlust, dann fällt die Intensität quadratisch mit dem Abstand $\textstyle r$ vom Objekt ab:

I={\frac {P}{4\pi r^{2}}}\,

.

Einfluss eines MediumsBearbeiten

Wenn das Medium dämpft (absorbiert), verliert die Welle Energie, welche beispielsweise in Wärmeenergie umgewandelt wird. Nimmt man an, dass die Intensitätsabnahme proportional der am jeweiligen Ort vorhandenen Intensität ist, ergibt sich analog zum Zerfallsgesetz ein exponentieller Verlauf, das sogenannte Lambert-Beersche Gesetz:

I(r)=I_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-\mu r}\,.

Mit zunehmender Ausbreitung der Welle im Medium nimmt also deren Intensität exponentiell ab. Der Absorptionskoeffizient $\mu$ beschreibt dabei die Materialeigenschaften des durchquerten Mediums.

Siehe auchBearbeiten

Lambert-Strahler (Optik)
Kugelstrahler, isotroper Strahler (Antennentechnik)
Schallintensität

WeblinksBearbeiten

Wiktionary: Intensität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

↑ Frank L. Pedrotti: Optik für Ingenieure: Grundlagen; mit 28 Tabellen; Introduction to optics dt., 3. Auflage, Springer, DE-832 UGH1219(3) 00000000 (ILL Ausleihe) 2005, ISBN 3-540-22813-6; 978-3-540-22813-6.
↑ electropedia, Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch (IEV) der International Electrotechnical Commission: Eintrag 705-02-04 (Bereich Radiowellen) hat die Übersetzung: radiation intensity = „Strahlungsintensität <in einer gegebenen Richtung>“
↑ David J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics, 3rd ed. Auflage, Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J 1999, ISBN 0-13-805326-X.

[1] Frank L. Pedrotti: Optik für Ingenieure: Grundlagen; mit 28 Tabellen; Introduction to optics dt., 3. Auflage, Springer, DE-832 UGH1219(3) 00000000 (ILL Ausleihe) 2005, ISBN 3-540-22813-6; 978-3-540-22813-6.

[IEV705-02-04-2] tropedia, Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch (IEV) der International Electrotechnical Commission: Eintrag 705-02-04 (Bereich Radiowellen) hat die Übersetzung: radiation intensity = „Strahlungsintensität <in einer gegebenen Richtung>“

[3] David J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics, 3rd ed. Auflage, Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J 1999, ISBN 0-13-805326-X.

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