Strahlungsenergie: Unterschied zwischen den Versionen
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Die '''Strahlungsenergie''' ist eine [[physikalische Größe]] der [[Radiometrie]]. Sie ist die [[Energie]] | Die '''Strahlungsenergie''' ist eine [[physikalische Größe]] der [[Radiometrie]]. Sie ist die [[Energie]], die von [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]] transportiert wird,<ref name="Stoecker_2010" /> beispielsweise von [[Licht]], oder die Energie elektromagnetischer Wellen, die in einem gegebenen [[Raum (Physik)|Raumbereich]] und zu einem definierten [[Zeitpunkt]] enthalten ist.<ref>Horst Stöcker (Herausgeber), ebenda, S. 734.</ref> Die [[SI-Einheit]] der Strahlungsenergie ist das ''[[Joule]]''. | ||
[[Datei:Sonne Strahlungsintensitaet.svg|miniatur|lang=de|Strahlungsintensität der Sonne oberhalb und auf der Erdoberfläche]] | [[Datei:Sonne Strahlungsintensitaet.svg|miniatur| lang=de |Strahlungsintensität der Sonne oberhalb und auf der Erdoberfläche]] | ||
== Beschreibung == | == Beschreibung == | ||
Betrachtet man elektromagnetische Strahlung | Betrachtet man elektromagnetische Strahlung als Strom von [[Photon]]en, so ist die Strahlungsenergie die in diesem Strom transportierte Energie. | ||
Die Energie eines Photons ist lediglich von der Frequenz abhängig: | Die Energie eines Photons ist lediglich von der Frequenz abhängig: | ||
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mit dem [[plancksches Wirkungsquantum|planckschen Wirkungsquantum]] <math>h</math> und der [[Frequenz]] der Welle <math>f</math>. | mit dem [[plancksches Wirkungsquantum|planckschen Wirkungsquantum]] <math>h</math> und der [[Frequenz]] der Welle <math>f</math>. | ||
Für [[Monochromatisches Licht|monochromatisches (einfarbiges) Licht]] ergibt sich die Strahlungsenergie | Im makroskopischen Bereich (sehr viele Photonen) verwendet man für die Strahlungsenergie anstelle von <math>E</math> oft auch die Symbole <math>Q</math> oder <math>Q_\mathrm e</math>. Für monochromatische elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel für [[Monochromatisches Licht|monochromatisches (einfarbiges) Licht]], ergibt sich die Strahlungsenergie als Produkt der Anzahl <math>N</math> der Photonen im Raumbereich und der Energie eines Photons: | ||
:<math>Q_\mathrm e \equiv E=N \cdot h \cdot f.</math> | |||
Zur allgemeinen Beschreibung der Strahlungsenergie muss man daher die [[Elektromagnetisches Spektrum|spektrale]] Verteilung berücksichtigen: | In der Regel besteht elektromagnetische Strahlung jedoch aus Photonen unterschiedlicher Energie. Im Fall des Lichts spricht man dann von [[Polychromatisches Licht|polychromatischem (mehrfarbigem) Licht]]. Zur allgemeinen Beschreibung der Strahlungsenergie muss man daher die [[Elektromagnetisches Spektrum|spektrale]] Verteilung berücksichtigen, die angibt, wie viele Photonen <math>\mathrm d N</math> in einem Frequenzbereich von <math>f</math> bis <math>f+\mathrm df</math> sind: | ||
: <math>n(f) = \frac{\mathrm{d}N}{\mathrm{d}f}</math> | : <math>n(f) = \frac{\mathrm{d}N}{\mathrm{d}f}</math> | ||
Für die Strahlungsenergie ergibt sich | Für die Strahlungsenergie ergibt sich somit: | ||
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Betrachtet man die Zeit, in der eine gewisse Strahlungsenergie transportiert wird, ergibt sich die [[Strahlungsleistung]] <math>\Phi_\mathrm{e}</math> (auch Strahlungsfluss genannt): | Betrachtet man die Zeit, in der eine gewisse Strahlungsenergie transportiert wird, ergibt sich die [[Strahlungsleistung]] <math>\Phi_\mathrm{e}</math> (auch Strahlungsfluss genannt): | ||
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In der [[Photometrie]] wird | In der [[Photometrie]] wird zusätzlich die Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt, die von der Frequenz bzw. Wellenlänge abhängt. Die derart gewichtete Größe ist die [[Lichtmenge]] <math>Q_\mathrm{v}</math>. Die Indices ''e'' und ''v'' stehen dabei für ''energetisch'' und ''visuell''. | ||
=== Übersicht === | |||
{{Radiometrische und photometrische Größen}} | |||
== Einzelnachweise == | |||
<references> | |||
<ref name="Stoecker_2010"> | |||
{{Literatur |Autor=Horst Stöcker (Herausgeber) |Titel=Taschenbuch der Physik: Formeln, Tabellen, Übersichten |Auflage=6., korr. Aufl. |Verlag=Deutsch |Ort=Frankfurt am Main |Datum=2010 |ISBN=978-3-8171-1861-8 |Umfang=XXIV, 1079 |Seiten=369}} | |||
</ref> | |||
</references> | |||
[[Kategorie:Physikalische Größe]] | [[Kategorie:Physikalische Größe]] | ||
[[Kategorie:Energieform]] | [[Kategorie:Energieform]] | ||
[[Kategorie:Strahlung]] | [[Kategorie:Strahlung]] | ||
Aktuelle Version vom 23. April 2021, 07:13 Uhr
Die Strahlungsenergie ist eine physikalische Größe der Radiometrie. Sie ist die Energie, die von elektromagnetischen Wellen transportiert wird,[1] beispielsweise von Licht, oder die Energie elektromagnetischer Wellen, die in einem gegebenen Raumbereich und zu einem definierten Zeitpunkt enthalten ist.[2] Die SI-Einheit der Strahlungsenergie ist das Joule.
Beschreibung
Betrachtet man elektromagnetische Strahlung als Strom von Photonen, so ist die Strahlungsenergie die in diesem Strom transportierte Energie.
Die Energie eines Photons ist lediglich von der Frequenz abhängig:
- $ E=h\cdot f $
mit dem planckschen Wirkungsquantum $ h $ und der Frequenz der Welle $ f $.
Im makroskopischen Bereich (sehr viele Photonen) verwendet man für die Strahlungsenergie anstelle von $ E $ oft auch die Symbole $ Q $ oder $ Q_{\mathrm {e} } $. Für monochromatische elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel für monochromatisches (einfarbiges) Licht, ergibt sich die Strahlungsenergie als Produkt der Anzahl $ N $ der Photonen im Raumbereich und der Energie eines Photons:
- $ Q_{\mathrm {e} }\equiv E=N\cdot h\cdot f. $
In der Regel besteht elektromagnetische Strahlung jedoch aus Photonen unterschiedlicher Energie. Im Fall des Lichts spricht man dann von polychromatischem (mehrfarbigem) Licht. Zur allgemeinen Beschreibung der Strahlungsenergie muss man daher die spektrale Verteilung berücksichtigen, die angibt, wie viele Photonen $ \mathrm {d} N $ in einem Frequenzbereich von $ f $ bis $ f+\mathrm {d} f $ sind:
- $ n(f)={\frac {\mathrm {d} N}{\mathrm {d} f}} $
Für die Strahlungsenergie ergibt sich somit:
- $ Q_{\mathrm {e} }\equiv E=h\int _{0}^{\infty }n(f)\cdot f\ \mathrm {d} f $,
Zusammenhang mit anderen Größen
Strahlungsleistung
Betrachtet man die Zeit, in der eine gewisse Strahlungsenergie transportiert wird, ergibt sich die Strahlungsleistung $ \Phi _{\mathrm {e} } $ (auch Strahlungsfluss genannt): $ \Phi _{\mathrm {e} }={\frac {\mathrm {d} Q_{\mathrm {e} }}{\mathrm {d} t}} $.
Photometrie
In der Photometrie wird zusätzlich die Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt, die von der Frequenz bzw. Wellenlänge abhängt. Die derart gewichtete Größe ist die Lichtmenge $ Q_{\mathrm {v} } $. Die Indices e und v stehen dabei für energetisch und visuell.
Übersicht
Vorlage:Radiometrische und photometrische Größen
