Einführung in radiometrische Größen | Radiometrie

Radiometrische Größen sind Messgrößen, die sich auf die gesamte elektromagnetische Strahlung beziehen. In technischen Anwendungen werden diese als UV-Strahlung oder IR-Strahlung genutzt. Das Fachgebiet heißt Radiometrie. Die Einteilung der Strahlung erfolgt nach der Wellenlänge der Strahlung.

Die nachfolgende Darstellung zeigt die vier radiometrischen Größen. Die Tabelle enthält für jede Größe eine visuelle Darstellung, mathematische Definition, Einheit und kurze Erläuterung.

1. Strahlungsfluss Φ
2. Bestrahlungsstärke E
3. Strahldichte L
4. Strahlstärke I

Strahlungsfluss

Der Strahlungsfluss , auch Strahlungsleistung genannt, ist die gesamte Energiemenge, die von einer Strahlungsquelle in alle Richtungen pro Zeiteinheit abgestrahlt wird. Die Einheit des Strahlungsflusses ist Watt (W).

• Formelzeichen: Φ
• Einheit: W
• Definition: Die gesamte emittierte Strahlungsleistung.

Beispiel:

Eine handelsübliche Glühlampe mit einer Leistungsaufnahme von 60 Watt emittiert etwa 57 Watt als Strahlungsfluss, wobei der Rest als Wärme verloren geht. Diese 57 Watt verteilen sich auf das sichtbare  und infrarote Spektrum.

Der Strahlungsfluss wird in einer Ulbrichtkugel gemessen.

Bestrahlungsstärke

Die Bestrahlungsstärke ist eine physikalische Größe, die die Leistungsdichte der auf eine Oberfläche treffenden Strahlung beschreibt. Sie wird als die auf ein Flächenelement treffende Strahlungsleistung pro Fläche definiert. Die Einheit der Bestrahlungsstärke ist Watt pro Quadratmeter (W/m²) oder Milliwatt pro Quadratzentimeter (mW/cm²).

• Formelzeichen: E
• Einheit: W/m², mW/cm²
• Definition: Die auf ein Flächenelement treffende Strahlung unabhängig von der Richtung.

Die Bestrahlungsstärke gibt an, wie viel Energie in Form von Strahlung pro Zeiteinheit auf eine bestimmte Fläche fällt. Es spielt keine Rolle, aus welcher Richtung die Bestrahlung erfolgt.

Beispiel:

Die mittlere Bestrahlungsstärke der Sonne auf die Erdoberfläche an einem klaren Tag beträgt etwa 1000 W/m². Das bedeutet, dass auf jeden Quadratmeter der Erdoberfläche eine Strahlungsleistung von 1000 Watt trifft.

Die Bestrahlungsstärke wir mit einem Radiometer gemessen.

Strahldichte

Die Strahldichte ist eine physikalische Größe, die die Strahlungsleistung beschreibt, die von einer Strahlungsquelle pro Flächeneinheit und pro Raumwinkeleinheit abgestrahlt wird. Sie wird in Watt pro Quadratmeter pro Steradiant (W/(m²·sr)) gemessen.

• Formelzeichen: L
• Einheit: W/(sr m²)
• Definition: Quotient aus abgestrahltem Strahlungsfluss und dem Produkt aus Flächenelement und Raumwinkel.

Die Strahldichte berücksichtigt sowohl die Fläche der Strahlungsquelle als auch den Raumwinkel, in dem die Strahlung abgegeben wird.

Beispiel:

Die Sonne hat eine hohe Strahldichte, da sie eine große Menge an Strahlungsenergie über eine relativ kleine Fläche in den Weltraum abstrahlt.

Strahlstärke

Die Strahlstärke ist eine physikalische Größe, die den Strahlungsfluss in eine bestimmte Richtung pro Raumwinkeleinheit beschreibt. Sie wird verwendet, um die Intensität der Strahlung in einer spezifischen Richtung anzugeben. Die Einheit der Strahlstärke ist Watt pro Steradiant (W/sr).

• Formelzeichen: I
• Einheit: W/sr
• Definition: Quotient aus abgestrahltem Strahlungsfluss in eine definierte Richtung und dem Raumwinkelelement.

Die Strahlstärke beschreibt die Energiemenge, die von einer Strahlungsquelle in eine bestimmte Richtung innerhalb eines Raumwinkels abgestrahlt wird. Sie ist eine Maßgröße für die Richtungsabhängigkeit der abgestrahlten Leistung.

Beispiel:

Eine LED mit einer Leistung von 1 Watt könnte eine Strahlstärke von 10 W/sr haben, wenn sie das Licht in einem Raumwinkel von 0,1 sr abstrahlt. Dies bedeutet, dass die abgestrahlte Energie stark auf einen kleinen Raumwinkel konzentriert ist.