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强度 (物理)

物理学中,强度的定义是单位面积下的能量转换率。在SI制单位下,瓦特每平方米(W/m2)。最常用来表示波的强度(例如:音波光波)。通常指波在一个周期内的能量转换率。

强度(intensity)一词不同于“力度、力量强度”(strength)或振幅amplitude)。

强度也可以被定义为能量密度乘上能量移动的速度;向量运算结果的单位等同于 W/m2

数学描述

如果一个点声源(光源)于三维空间向四面八方辐射能量,且能量没有于中途因为被介质吸收散射而散失,则强度随着与辐射源距离的增加呈平方反比减弱。此为平方反比定律的一个例子。

如果传输功率为定值

,

其中 P 是辐射功率, I 是强度,dA 是面微分元素,封闭曲面包围着辐射源。

若强度 I 在选定的表面上是一个定值,则有(假设选定一个半径为 r 的球面作为积分的曲面):

,

.

如果过程中有阻尼参与,那么强度随距离的减弱会快于以上的方程。


任何能够传递能量的东西都有一个相关的“强度”。对于电磁辐射,如果 E 是电场复值振幅,则电磁波的能量密度的时间平均可由下式给出:

强度则是将上式乘上波速

其中 n 表示折射率 表示真空中的光速 表示真空介电常数.

以上的推导过程不适用于某些场,例如渐逝波。在这些情况下,强度可用坡印廷向量的大小来定义。

“强度”定义的转换

光度学辐射度量学中,“强度”有不同的意思,分别是发光或辐射能量每单位立体角。在光学中可能造成混淆,因为强度可以代表辐射强度发光强度辐照度,随着个人使用的习惯而有不同。辐射率有时也会被称作强度,特别是天文学家和天体物理学家,在热传递的研究也是如此。

参阅

国际单位制光度单位

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物理量 英文 符号 计量单位 单位符号 注释
光通量 Luminous flux Φv 流明 lmlmcd·sr 单位时间内由光源所发出或由被照物所吸收的总光能。
发光强度(光度) Luminous intensity Iv 坎德拉(烛光) cdcdlm/sr 光源在给定方向上,每单位立体角内所发出的光通量。
亮度(辉度) Luminance Lv 坎德拉每平方米 cd/m2 单位面积光源在给定方向上,在每单位面积内所发出的总光通量。其单位有时也称尼特(nit)。
光能(光视效能) Luminous energy Qv 流明· lm·s 单位有时被称作"talbot"。
照度 Illuminance Ev 勒克斯 lxlx= lm/m2cd·sr/m2 物体表面每单位面积所吸收可见光的光通量,用于入射表面的光。
光出射度 Luminous exitance Mv 勒克斯 lxlx= lm/m2cd·sr/m2 物体表面每单位面积所发出可见光的光通量,用于出射表面的光。
曝光量 luminous exposure Hv 勒克斯· lx·s 也称作photometric exposure。
发光效率/光效 Luminous efficacy η 流明瓦特 lm/Wcd·sr/W 通常指光源光通量与光源输入电功率的比值,有时也指光通量辐射通量的比值。
光源能量利用率 luminous efficiency V 纯数量 无单位 光源辐射通量与光源输入电功率的比值。
Table 2. 国际单位制的辐射量单位
物理量 符号 国际单位制 单位符号 注释
辐射出射度(Radiant exitance) Me 瓦特每平方米 W·m−2 表面出射的辐射通量
辐射度(Radiosity) Je or J 瓦特每平方米 W⋅m−2 表面出射及反射的辐射通量总和
辐射率(Radiance) Le 瓦特球面度每平方米 W·sr−1·m−2 每单位立体角每单位投射表面的辐射通量
辐射能(Radiant energy) Qe 焦耳 J 能量
辐射能量密度英语Radiant energy density(Radiant energy density) ωe 焦耳每立方米 J⋅m−3
辐射强度(Radiant intensity) Ie 瓦特球面度 W·sr−1 每单位立体角的辐射通量。
辐射曝光量(Radiant exposure) He 焦耳每平方米 J⋅m−2
辐射通量(Radiant flux) Φe 瓦特 W 每单位时间的辐射能量,亦作“辐射功率”。
辐照度(Irradiance) Ee 瓦特每平方米 W·m−2 入射表面的辐射通量。
光谱辐射出射度(Spectral radiant emittance) M

M
瓦特每立方米

瓦特每平方米每赫兹

W⋅m−3
or
W⋅m−2⋅Hz−1
表面出射的辐射通量的波长或频率的分布
光谱辐射率(Spectral radiance) L

L

瓦特球面度每立方米

瓦特球面度每平方米每赫兹

W⋅sr−1m−3

W⋅sr−1⋅m−2Hz−1
常用W⋅sr−1⋅m−2⋅nm−1
光谱辐照度(Spectral irradiance) Eλ

Eν
瓦特每立方米
瓦特每平方米每赫兹
W·m−3

W·m−2·Hz−1
通常测量单位为 W·m−2·nm−1
光谱功率(Spectral power) Φ 瓦特每米 W⋅m−1 辐射通量的波长分布
光谱强度英语Radiant intensity(Spectral intensity) I 瓦特球面度每米 W⋅sr−1⋅m−1 辐射强度的波长分布

参考资料

  1. ^ Paschotta, Rüdiger. Optical Intensity. Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics. [2013-07-21]. (原始内容存档于2013-10-21).

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