Strahlungsleistung
Die Strahlungsleistung oder Strahlungsfluss[1] oder ist diejenige differentielle Energiemenge ( ist die Strahlungsenergie), die pro Zeitspanne von elektromagnetischen Wellen transportiert wird:
Ihre Einheit ist W (Watt).
In der Astronomie wird die Strahlungsleistung astronomischer Objekte als Leuchtkraft bezeichnet.
PhotonenBearbeiten
Aus dem Photonenstrom (Zahl der Photonen pro Zeiteinheit) ergibt sich für monochromatisches Licht die Strahlungsleistung als:
mit
- dem Planckschen Wirkungsquantum
- die Lichtfrequenz.
Für elektromagnetische Strahlung der Frequenz 540 THz (grünes Licht der Wellenlänge 555 nm) entspricht ein Photonenstrom von 2.79e18 s−1 einer Strahlungsleistung von 1 W.
Für polychromatisches Licht muss man das Integral über alle Frequenzen bilden:
- .
Photometrisches GrundgesetzBearbeiten
Um die Abhängigkeit der Strahlungsleistung von einem Flächenelement einer Strahlerfläche der Leuchtdichte eines Lambert-Strahlers (konstante Flächenhelligkeit) auf ein im Abstand befindliches Flächenelement zu bestimmen, kann das sogenannte photometrische Grundgesetz genutzt werden, welches das lambertsche Kosinusgesetz und das photometrische Entfernungsgesetz kombiniert.
Diese ist unter anderem von der gegenseitigen Lage der beiden Flächen im Raum abhängig, was durch die Winkel und zwischen der Strahlrichtung und den Flächennormalen berücksichtigt wird.
Bezug zu anderen GrößenBearbeiten
Wird die Strahlungsleistung auf die Größe der bestrahlten Fläche bezogen, so erhält man die Bestrahlungsstärke (Einheit: W/m²):
- .
Wird sie hingegen auf den Raumwinkel bezogen, in den ein Lichtbündel, das von einer Lichtquelle ausgeht, fällt, so erhält man die Strahlstärke
mit der Einheit W/sr.
In der Photometrie (Lichttechnik) ist die entsprechende Messgröße der Lichtstrom , gemessen in der Einheit Lumen. Während die Strahlungsleistung (in diesem Zusammenhang meist geschrieben) eine energetische, also objektive Messgröße ist, fließt beim Lichtstrom die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges ein (V-Lambda-Kurve). Die Verknüpfung zwischen beiden Größen ist das photometrische Strahlungsäquivalent der Lichtquelle
- ,
das von deren Wellenlängenspektrum abhängig ist.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Größen und Einheiten in Radiometrie und Photometrie:
radiometrische Größe | Symbola) | SI-Einheit | Beschreibung | photometrische Entsprechungb) | Symbol | SI-Einheit |
Strahlungsfluss Strahlungsleistung, radiant flux, radiant power |
W (Watt) |
Strahlungsenergie durch Zeit | Lichtstrom luminous flux, luminous power |
lm (Lumen) | ||
Strahlstärke Strahlungsstärke, radiant intensity |
W/sr | Strahlungsfluss durch Raumwinkel | Lichtstärke luminous intensity |
cd = lm/sr (Candela) | ||
Bestrahlungsstärke irradiance |
W/m2 | Strahlungsfluss durch Empfängerfläche | Beleuchtungsstärke illuminance |
lx = lm/m2 (Lux) | ||
Spezifische Ausstrahlung Ausstrahlungsstromdichte, radiant exitance |
W/m2 | Strahlungsfluss durch Senderfläche | Spezifische Lichtausstrahlung luminous exitance |
lm/m2 | ||
Strahldichte Strahlungsdichte, Radianz, radiance |
W/m2sr | Strahlstärke durch effektive Senderfläche | Leuchtdichte luminance |
cd/m2 | ||
Strahlungsenergie Strahlungsmenge, radiant energy |
J (Joule) |
durch Strahlung übertragene Energie | Lichtmenge luminous energy, quantity of light |
lm·s | ||
Bestrahlung Einstrahlung, radiant exposure |
J/m2 | Strahlungsenergie durch Empfängerfläche | Belichtung luminous exposure |
lx·s | ||
Strahlungsausbeute radiant efficiency |
1 | Strahlungsfluss durch aufgenommene (meist elektrische) Leistung | Lichtausbeute (overall) luminous efficacy |
lm/W |
LiteraturBearbeiten
- F. Pedrotti, L. Pedrotti, W. Bausch, H. Schmidt: Optik für Ingenieure: Grundlagen. 2. Auflage. Springer, Berlin 2001, ISBN 3-540-67379-2.
EinzelnachweiseBearbeiten
- ↑ electropedia, Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch (IEV) der International Electrotechnical Commission: Eintrag 845-01-24 (Bereich Beleuchtung) nennt synonym: radiant flux = radiant power = „Strahlungsleistung“ = „Strahlungsfluss“