放射照度

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放射照度(ほうしゃしょうど、irradiance)と分光放射照度(ぶんこうほうしゃしょうど、spectral irradiance、まれにスペクトル放射照度とも)とは、放射源から平面状の物体に照射された単位面積あたりの放射束の量を表す物理量である。単位は、国際単位系ではワット平方メートル (W/m2)、CGS単位系ではエルグ平方センチメートル毎秒(erg⋅cm−2⋅s−1天文学でよく用いられる)。

放射照度は全周波数における照射量(放射量)を示すが、一方で単位波長あたりの照射量を示す分光放射照度も多く用いられる。分光放射照度の SI 単位は W⋅m−3 であり、また W⋅m−2⋅nm1 も広く用いられる。

定義[編集]

放射照度をIとすると以下の式のようになる。

I = \frac{\cos \theta \, d \Phi}{dA} = \cos \theta \int_0^{\infty} \left( \frac{d^2 n_{\lambda}}{dA\,dt}\right) \frac{hc}{\lambda}d\lambda [W⋅m-2]

ただし、 \Phi = \frac{dQ}{dt}, \quad
Q = \int_0^{\infty} Q_{\lambda} d\lambda, \quad
Q_{\lambda} = n_{\lambda}e_{\lambda}, \quad
e_{\lambda} = \frac{hc}{\lambda}

\Phi放射束 [W]
dA は微小面積素 [m2]
Q は照射されたエネルギー [J]
\theta は平面状の物体の法線放射線のなす角 [rad]
t時間 [s]
Q_{\lambda}波長λの電磁波エネルギー [J]
\lambda電磁波波長 [m]
n_{\lambda}波長λの光子の数
e_{\lambda}波長λの光子1個のエネルギー [J]
hプランク定数 [J⋅s]
c光速 [m⋅s-1]

\thetaが大きくなればなるほど平面状の物体に斜めに入射するので、放射照度は低くなる。また、\thetaは垂直に放射束が入射するとき0となるので、\cos{\theta} = 1 よりこの項は関係なくなる。

特徴[編集]

光の照度と対応しており、平面状の物体にエネルギーを照射する時の指標である。放射照度放射束の入射方向にも依存し、斜めから入射した場合には放射照度が低くなる。放射照度放射束の違いは、エネルギーを照射している物体の面積を考慮するかしないかである。例えば、同じ放射束を放つアンテナがあるとする。その時、離れた場所にあるパラボラアンテナよりも、近くにあるパラボラアンテナの方が効率よく受信できる。これは近くにあるパラボラアンテナのほうが放射照度が高いからである。

全く同じ単位である放射発散度は平面状のエネルギー放射源の指標であり、照射される対象の指標である放射照度とは異なる。

放射量の国際単位系[編集]

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SIの放射量の単位
物理量 SI単位 記号 備考
放射エネルギー ジュール J における光度エネルギー
放射束 ワット W における光束
放射強度 ワットステラジアン W/sr における光度
放射輝度 ワットステラジアン平方メートル W/sr/m2 における輝度
放射照度 ワット平方メートル W/m2 における照度
放射発散度 ワット平方メートル W/m2 における光束発散度
分光放射輝度 ワットステラジアン立方メートル W/sr/m3
分光放射照度 ワット立方メートル W/m3

関連項目[編集]