Radiomeetria

Radiomeetria on füüsikas elektromagnetkiirguse energia ja selle jaotuse mõõtmine; geoloogias maakoore loodusliku radioaktiivsuse mõõtmise meetod.

Tähtsamad radiomeetrilised suurused

Radiomeetrias mõõdetakse elektromagnetkiirgusena leviva energia jaotust ruumist. Kuna inimsilma tundlikkus on erinevatel lainepikkustel oluliselt erinev, siis valguse nähtavuse iseloomustamiseks kasutatakse radiomeetrilised suuruste asemel fotomeetrilisi suurusi.

Intensiivsus

 Pikemalt artiklis Kiiritustihedus

Intensiivsus (I) ehk kiiritustihedus iseloomustab ajaühikus pinnaühikut läbivat energiat ühikutes (J/(m²s) või W/m²) ja on võrdne Poytingi vektori ajalise keskväärtusega.

$E_e \equiv I \equiv \left\langle \vec{S} \right\rangle =\frac{1}{2} c\, \varepsilon_0 E_0^2$

Kus $c$ on valguse kiirus vaakumis ja $\varepsilon_0$ vaakumi dielektriline läbitavus. Intensiivsus iseloomustab ainult energiahulka, mis läbib pinda ajaühikus, sõltumata selle päritolust või levimise suunast. Seega intensiivsus ei anna mingit infot:

• missugune on kiirgav või kiiritatav keha;
• mis kujuga on lainefront;
• kas kiirgus on isotroopne.

Kiirgusvoog

Kiirgusvoog (ing.k radiant flux) on energiahulk, mida kiirgus kannab ajaühikus läbi mingi pinna. See on radiomeetria põhisuurus. Kiirgusvoo ühik on vatt.

$\Phi_e = \int_\Sigma \left\langle \vec{S} \right\rangle \,d\Sigma$

Siin $\Sigma$ on mingi pind, üle mille integreeritakse ja $\vec{S}$ on Poytingi vektor.

Kui meid huvitab kiirgusvoo spektraalne jaotus, siis kasutatakse suurust kiirgusvoo spektraalne tihedus, mis iseloomustab kiirgusvoo hulka spektrivahemikus (λ,λ+dλ):

$\phi_{e,\lambda} = \frac{d\Phi_e(\lambda)}{d\lambda}$

Kuigi kiirgusoo spektraalse tiheduse põhiühik on W/m, on tihti praktilisem ühik W/nm.

Kiirgustugevus

Kiirgustugevus (ing. k radiant intensity) $J_e$ iseloomustab kiirgavalt kehalt lähtuvat kiirgusvoogu ja on määratud ruumielementi $d\Omega$ sattuva kiirgusvooga.

$J_e = \frac{d\Psi_e}{d\Omega}$

Seega on kiirgustugevuse dimensioon W/sr. Üldjuhul sõltub kiirgustugevus suunast: $J_e = J_e(\theta,\phi)$ ja kogu kehalt lähtuva kiirgusvoo saab integreerides üle kogu ruuminurga:

$\Phi_{e,kogu} = \int_{4\pi} J_e(\theta,\phi)\,d\Omega$

Isotroopse kiirguri puhul $\Phi_{e,kogu} = 4\, \pi J_e$. Kiirgustugevus võib sõltuda ka lainepikkusest. Sel juhul räägitakse kiirgustugevuse spektraalsest tihedusest:

$j_{e,\lambda} = \frac{dJ_e(\lambda)}{d\lambda}$

Kirkus

Kirkus (ing. k radiance) iseloomustab ruumi- ja mittepunktvalgusallikate kiiratud valgust. Mõõdetakse kiirgusvoogu $d\Phi_e$ antud suunas ruuminurka $d\Omega$ sõltuvana nähtava pinna suurusest $d\Sigma\cdot cos(\theta)$ :

$L_e = \frac{d\Phi_e}{d\Sigma cos(\theta) d\Omega}$

Kirkuse dimensioon on W/(m²sr). Kui kiirguri pinnalt levib kiirgus igas suunas ühtemoodi (isotroopne kiirgur), siis

$d\Psi_e = L_e \cdot d\Sigma \cdot cos(\theta) \cdot d\Omega$

ehk kiirgusvoog sõltub siis ainult nähtava pinna suurusest – sisuliselt ainult kiirguri pinna nurgast. Selliseid valgusallikaid nimetatakse Lamberti kiirguriteks ja neid iseloomustab Lamberti seadus. Sellisteks kiirgusallikateks on näiteks absoluutselt must keha või mattklaasiga lamp.

Kirkusega iseloomustatakse ka passiivseid kiirgureid ehk peegeldajaid.

Kiirgavus

Kiirgavuseks (ing. k radiant excitance) nimetatakse kogu kiirgusvoogu pinnaelemendilt:

$M_e = \frac{d\Phi}{d\Sigma}$

Kiirgavuse mõõtühik on W/m² (watt ruutmeetrilt). Kiirgavuse spektraalne tihedus:

$m_{e,\lambda} = \frac{\,dM_e(\lambda)}{d\lambda}$.

Vastavalt Lamberti koosinusseadusele $M_e = \,\pi L_e$.

Kiiritustihedus

Kiiritustiheduseks (ing. k irradiance) nimetatakse pinnale $d\sigma$ nurga $\theta$ all langevat kiirgusvoogu $d\Phi_e$:

$E_e = \frac{d\Phi_e}{d\sigma} \cos{\theta}$.

Kiiritustiheduse dimensioon on W/m² (watt ruutmeetrile). Kiiritustiheduse spektraalne tihedus defineeritakse analoogselt kiirgavuse spektraalse tihedusega.

Isotroopse valgusallika puhul on punktallika kiiritustihedus allikast kaugusel $r$:

$E_e=\frac{d\Phi_e}{d\sigma}=\frac{J_e \cdot d\Omega}{r^2 \cdot d\Omega } = \frac{J_e}{r^2}$.

Vaata ka

• Fotomeetria
• Kiirgusfüüsika

Kirjandus

• Wendlandt, W.W.M., Hecht, H.G. Reflectance Spectroscopy. Wiley, 1966.
• Nicodemus, F.E., Richmond, J.C., Hsia, J.J., Venable, V.H., Jr., Ginsberg, I.W., Limperis, T. Geometrical Considerations for Reflectance Nomenclature. National Bureau of Standards Report, 1977.
• Terminology and Units of Radiation Quantities and Measurements. Ed. by E. Raschke. IAMAP, Radiation Commission, Boulder, Col., 1978.
• Vainikko, G. Kiirguslevi. Matemaatilise füüsika täiendavaid peatükke. Tartu Ülikool, Arvutusmatemaatika kateeder, Tartu, 1990.
• Kuusk, A. Kiirguslevi. Biogeofüüsika õppetool, Tartu-Tõravere, 1993.
• Lenoble, J. Atmospheric Radiative Transfer. A. Deepak Publishing, 1993.
• Veismann, U. Keskkonna kaugsondeerimine. Meetodid ja vahendid. Eesti Merehariduskeskus, TÜ Keskkonnafüüsika Instituut, Tallinn, 1994.
• DeCusatis, C. (Ed.) Handbook of Applied Photometry. Springer, 1998.
• Rieke, G. Detection of Light. From the Ultraviolet to the Submillimeter. 2nd edition. Cambridge University Press, 2003.
• Vardavas, I.M., Taylor, F.W. Radiation and Climate. Oxford University Press, 2007.

Välislingid

• TÜ aine "Optika" aineveeb. Materjalide autorid Hans Korge ja Mati Laan.