Intensität (Physik)

transportierte Leistung pro Fläche
(Weitergeleitet von Strahlungsintensität)
Physikalische Größe
Name Intensität
Formelzeichen
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 elektromagnetische Strahlung oder Schall (Schallintensität) verwendet, aber auch für alle anderen Arten von Transport, z. B. für die Teilchendichte in der Quantenmechanik.

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

BerechnungBearbeiten

Die Intensität berechnet sich (in Klammern beispielhafte vereinfachte Formeln für die Energie   als betrachtete Größe):

  • für eine gegebene Fläche   im Raum: als Quotient aus der (durch diese Fläche) pro Zeit   übertragenen Menge der betreffenden Größe und der Größe der Fläche:
 
mit der Leistung  

oder

  • als Produkt aus der volumenbezogenen Dichte (z. B. Energiedichte  ) und der Geschwindigkeit   des Transports:
 

Intensität in der Radiometrie und PhotometrieBearbeiten

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

Mit „Intensität“ kann aber – abweichend von der einleitend genannten generellen Definition von „Intensität“ – auch die Leistung in Bezug auf den Raumwinkel gemeint sein (Strahl- und Lichtstärke beschreiben Eigenschaften der Strahlungsquelle; sie sind unabhängig von der Position des Strahlungsempfängers):

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

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 des zeitlichen Mittels   des Poynting-Vektors  :

 

In Medien ohne Dispersion mit der Energiedichte   gilt folgender Zusammenhang mit der Gruppengeschwindigkeit  :

 

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

 

Dabei ist

Die Intensität ist also proportional zum Quadrat der Amplitude   der Welle:

 .

In linearen dielektrischen Medien mit dem Brechungsindex   gilt:

 .

Intensität einer PunktquelleBearbeiten

 
Veranschaulichung der quadratischen Abnahme mit der Entfernung nach Martin Wagenschein

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

 .

Einfluss eines MediumsBearbeiten

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

 

mit dem Absorptionskoeffizienten  , der die Materialeigenschaften des durchquerten Mediums beschreibt.

Mit zunehmender Ausbreitung der Welle im Medium nimmt also deren Intensität exponentiell ab.

Siehe auchBearbeiten

WeblinksBearbeiten

Wiktionary: Intensität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

  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.
  2. 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>“
  3. David J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics, 3rd ed. Auflage, Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J 1999, ISBN 0-13-805326-X.