Strahlungsenergie

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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.

Strahlungsintensität der Sonne oberhalb und auf der Erdoberfläche

Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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:

mit dem planckschen Wirkungsquantum und der Frequenz der Welle .

Im makroskopischen Bereich (sehr viele Photonen) verwendet man für die Strahlungsenergie anstelle von oft auch die Symbole oder . Für monochromatische elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel für monochromatisches (einfarbiges) Licht, ergibt sich die Strahlungsenergie als Produkt der Anzahl der Photonen im Raumbereich und der Energie eines Photons:

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 in einem Frequenzbereich von bis sind:

Für die Strahlungsenergie ergibt sich somit:

,

Zusammenhang mit anderen Größen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Strahlungsleistung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Betrachtet man die Zeit, in der eine gewisse Strahlungsenergie transportiert wird, ergibt sich die Strahlungsleistung (auch Strahlungsfluss genannt): .

Photometrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 . Die Indices e und v stehen dabei für energetisch und visuell.

Übersicht[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

radiometrische Größe Symbola) SI-Einheit Beschreibung photometrische Entsprechungb) Symbol SI-Einheit
Strahlungs­fluss
Strahlungs­leistung, radiant flux, radiant power
Watt (W) Strahlungsenergie durch Zeit Lichtstrom
luminous flux, luminous power
Lumen (lm)
Strahl­stärke
Strahlungs­stärke, radiant intensity
W/sr Strahlungsfluss durch Raumwinkel Lichtstärke
luminous intensity
Candela (cd) = lm/sr
Bestrahlungs­stärke
Strahlungs­fluss­dichte, irradiance, radiant flux density
W/m2 Strahlungsfluss durch Empfänger­fläche Beleuchtungs­stärke
Lichtstrom­dichte, illuminance
Lux (lx) = lm/m2
Spezifische Ausstrahlung
Ausstrahlungs­strom­dichte, radiant exitance
W/m2 Strahlungsfluss durch Sender­fläche Spezifische Lichtausstrahlung
luminous exitance
lm/m2
Strahldichte
Strahlungsdichte, Radianz, radiance
W/(m2sr) Strahlstärke durch effektive Senderfläche Leuchtdichte
luminance
cd/m2
Strahlungs­energie
Strahlungsmenge, radiant energy
Joule (J) durch Strahlung übertragene Energie Lichtmenge
luminous energy
lm s
Bestrahlung
Einstrahlung, radiant exposure
J/m2 Strahlungsenergie durch Empfänger­fläche Belichtung
luminous exposure
lx s
Strahlungs­ausbeute
radiant efficiency
1 Strahlungsfluss durch auf­ge­nom­mene (meist elek­trische) Leistung Lichtausbeute
(overall) luminous efficacy
lm/W
a) Der Index „e“ dient zur Abgrenzung von den photo­metrischen Größen; er kann weggelassen werden.
b) Die photometrischen Größen sind die radiometrischen Größen, gewichtet mit dem photo­metrischen Strahlungs­äquivalent K, das die Empfindlich­keit des menschlichen Auges angibt.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Horst Stöcker (Herausgeber): Taschenbuch der Physik: Formeln, Tabellen, Übersichten. 6., korr. Aufl. Deutsch, Frankfurt am Main 2010, ISBN 978-3-8171-1861-8, S. 369 (XXIV, 1079).
  2. Horst Stöcker (Herausgeber), ebenda, S. 734.