ΕΝΤΑΣΗ (ή λαμπρότητα - radiance)

Transcript

1 ΕΝΤΑΣΗ (ή αμπρότητα - radiance) Ακτινοβοούμενη ενέργεια σε καθορισμένη διεύθυνση ανά μονάδα χρόνου, ανά μονάδα εύρους μήκους κύματος (ή συχνότητας) ανά μονάδα στερεάς γωνίας και ανά μονάδα επιφάνειας κάθετης στη δεδομένη διεύθυνση Ι = ΔΕ ΔΔ t ν Δ s ΔΩ Ι = ΔΕ ΔΔ t Δ s ΔΩ Μονοχρωματική ένταση: Δs δεν σημαίνει σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος ή συχνότητα ν μέση τιμή σε ένα απειροστό εύρος Δ ή Δν με κέντρο το ή το ν Μονάδα μέτρησης: (J s -1 sr -1 m -2 μm -1 ) = (W sr -1 m -2 μm -1 ) Ένταση ανεξάρτητη της διεύθυνσης: ισότροπη Ένταση ανεξάρτητη της θέσης: ομογενής Η ένταση δέσμης είναι σταθερή όταν διαδίδεται σε διαφανές μέσο 3

2 ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΡΟΗΣ (ή ροή flux ή irradiance) Ακτινοβοούμενη ενέργεια που προσπίπτει σε μία επίπεδη επιφάνεια ανά μονάδα χρόνου, ανά μονάδα εύρους μήκους κύματος (ή συχνότητας) και ανά μονάδα επιφάνειας F ΔE t s = ΔΔΔ θ Μονάδα μέτρησης: (J s -1 m -2 μm -1 ) = (W m -2 μm -1 ) Η πυκνότητα ροής προκύπτει από την οοκήρωση της έντασης σε όο το ημισφαίριο F I ( θ)cosθdω ν 2π Ο όρος cosθ ανάγει την ένταση σε μία διεύθυνση στο οριζόντιο επίπεδο 4

3 Ορισμός και υποογισμός στερεάς γωνίας ΕΜΒΑΔΟ dω ( θφ, ) = = 2 r ( rsin θdφ)( rdθ) = = sinθdφdθ 2 r + π/2 2π Ω= sinθdϕdθ = 4π π /2 0 Εξάρτηση της ροής δέσμης από την γωνία πρόσπτωσης ΔΕΣΜΗ ΑΚΤΙΝΩΝ UV F o θ ΣΤΟΧΟΣ F o : ροή σε κάθετη πρόσπτωση F = F ο cosθ 5

4 Ακτινοβοία μέανος σώματος Κάθε σώμα εκπέμπει ακτινοβοία εφόσον βρίσκεται σε θερμοκρασία μεγαύτερη του απούτου μηδενός. Ένα σώμα χαρακτηρίζεται σαν μέαν όταν απορροφά όη την ακτινοβοία που προσπίπτει Ένα πραγματικό σώμα εκπέμπει ιγότερη ενέργεια από ένα μέαν σώμα Η ενέργεια που εκπέμπει ένα μέαν σώμα υπακούει στον νόμο του Plank B ( Τ h ) = ν 2 c h exp 1 kt B ν : Ακτινοβοούμενη ισχύς ανά μονάδα επιφάνειας, ανά μονάδα στερεάς γωνίας, ανά μονάδα εύρους συχνότητας ή B ( Τ ) = hc 5 hc exp 1 kt Ιδιότητες μέανος σώματος: Η εκπεμπόμενη ακτινοβοία είναι ισότροπη, ομογενής και μη ποωμένη Η ακτινοβοία σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία του Δύο μέανα σώματα της ίδιας θερμοκρασίας εκπέμπουν ακριβώς την ίδια ακτινοβοία Ένα μέαν σώμα ακτινοβοεί τη μέγιστη δυνατή ενέργεια σε κάποιο εύρος συχνοτήτων για μια δεδομένη θερμοκρασία από κάθε άο σώμα 6

5 Η συνοική ένταση της ακτινοβοίας που εκπέμπει ένα μέαν προκύπτει με οοκήρωση του νόμου του Plank BT ( ) = B( T) d 0 4 ( ) = σ = ( ) πbt T FT σ = W m -2 K -4 F = ροή ανά μονάδα επιφάνειας (όγω της ισοτροπίας της Β(Τ)) Νόμος των Stefan Boltzmann: Η ροή που εκπέμπεται από ένα μέαν σώμα είναι ανάογη της τέταρτης δύναμης της απόυτης θερμοκρασίας του Νόμος του Wien: Το μήκος κύματος στο οποίο ένα μέαν σώμα εκπέμπει την μέγιστη ενέργεια είναι ανάογο της θερμοκρασίας του. max T = σταθ. (2897 μmk) 7

6 Ακτινοβοία μέανος σώματος Ιδανικά, εκπέμπεται από μία οπή σε ισόθερμη κοιότητα (τα τοιχώματα της διατηρούνται σε ομογενή θερμοκρασία) όταν επικρατεί θερμοδυναμική ισορροπία (θερμική, μηχανική και χημική ισορροπία) Νόμος του Kirchhoff: Υπό συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπίας η ικανότητα ενός σώματος να ακτινοβοεί συνδέεται στενά με την ικανότητά του να απορροφά ακτινοβοία ε I ( T) = ε B ( T) Α I ( T) =Α B ( T) Ι ε (Τ): εκπεμπόμενη ένταση ακτινοβοίας Ι Α (Τ): απορροφούμενη ένταση ακτινοβοίας Β (Τ): ένταση ακτινοβοίας μέανος σώματος ε : συντεεστής εκπομπής Α : απορροφητικότητα Αν ε =1 το σώμα συμπεριφέρεται σαν μέαν και Α =1 (δη. απορροφά όη την ακτινοβοία που προσπίπτει σε αυτό) Ένα φαιό (γρι) σώμα εκπέμπει ιγότερη ακτινοβοία από ότι ορίζει ο νόμος του Plank άρα: ε = Α < 1 Η ατμόσφαιρα συνοικά δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία (δη. ομογενής θερμοκρασία και ισότροπη ακτινοβοία) Τοπικά όμως (z<60 km) βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία (Τ.Θ.Ι.), με καή προσέγγιση (η μεταφορά ενέργειας συμβαίνει μέσω συγκρούσεων των μορίων) και ο νόμος του Kirchhoff βρίσκει εφαρμογή στην ατμόσφαιρα 8