Strahlungsleistung

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Die Strahlungsleistung oder Strahlungsfluss[1] oder ist diejenige differentielle Energiemenge ( ist die Strahlungsenergie), die pro Zeitspanne von elektromagnetischen Wellen transportiert wird:

Ihre Einheit ist W (Watt).

In der Astronomie wird die Strahlungsleistung astronomischer Objekte als Leuchtkraft bezeichnet.

Photonen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aus dem Photonenstrom (Zahl der Photonen pro Zeit) ergibt sich für monochromatisches Licht die Strahlungsleistung als:

mit

Für elektromagnetische Strahlung der Frequenz 540 THz (grünes Licht der Wellenlänge 555 nm) entspricht ein Photonenstrom von 2.79e18 s−1 einer Strahlungsleistung von 1 W.

Für polychromatisches Licht ergibt sich die Strahlungsleistung durch Integration über alle Frequenzen:

.

Verbindung zum Poynting-Vektor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Strahlungsleistung, die durch eine Oberfläche strömt, hängt mit dem Poynting-Vektor wie folgt zusammen:

wobei der Normalenvektor der Oberfläche und ein differentielles Oberflächenelement ist.

Bezug zu anderen Größen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wird die Strahlungsleistung auf die Größe der bestrahlten Fläche bezogen, so erhält man die Bestrahlungsstärke (Einheit: W/m²):

.

Wird sie hingegen auf den Raumwinkel bezogen, in den ein Lichtbündel, das von einer Lichtquelle ausgeht, fällt, so erhält man die Strahlstärke

mit der Einheit W/sr.

In der Photometrie (Lichttechnik) ist die entsprechende Messgröße der Lichtstrom , gemessen in der Einheit Lumen. Während die Strahlungsleistung (in diesem Zusammenhang meist geschrieben) eine energetische, also objektive Messgröße ist, fließt beim Lichtstrom die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges ein (V-Lambda-Kurve). Die Verknüpfung zwischen beiden Größen ist das photometrische Strahlungsäquivalent der Lichtquelle

,

das von deren Wellenlängenspektrum abhängig ist.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Größen und Einheiten in Radiometrie und Photometrie:

radiometrische Größe Symbola) SI-Einheit Beschreibung photometrische Entsprechungb) Symbol SI-Einheit
Strahlungs­fluss
Strahlungs­leistung, radiant flux, radiant power
W
(Watt)
Strahlungsenergie durch Zeit Lichtstrom
luminous flux
lm
(Lumen)
Strahl­stärke
Strahlungs­stärke, radiant intensity
W/sr Strahlungsfluss durch Raumwinkel Lichtstärke
luminous intensity
cd = lm/sr
(Candela)
Bestrahlungs­stärke
irradiance
W/m2 Strahlungsfluss durch Empfänger­fläche Beleuchtungs­stärke
illuminance
lx = lm/m2
(Lux)
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
J
(Joule)
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.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • F. Pedrotti, L. Pedrotti, W. Bausch, H. Schmidt: Optik für Ingenieure: Grundlagen. 2. Auflage. Springer, Berlin 2001, ISBN 3-540-67379-2.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. [1], Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch (IEV) der International Electrotechnical Commission: Eintrag 845-21-038 (Bereich Beleuchtung) nennt synonym: radiant flux = radiant power = „Strahlungsleistung“ = „Strahlungsfluss“