輻射通量

輻射通量密度指單位時(shí)間內(nèi)，單位面積上所接受的輻射能量。又稱輻照通量密度。符號(hào)為E。通常用瓦·米表示。為輻射氣候?qū)W和輻射測(cè)量學(xué)中的一個(gè)基本量。在氣象學(xué)文獻(xiàn)中又常被稱為輻射強(qiáng)度（radiant intensity），但輻射強(qiáng)度嚴(yán)格地說應(yīng)為輻射源單位立體角上在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射出的輻射通量。兩者有所區(qū)別。

通過單位面積的輻射通量，SI單位為瓦/米的平方。等于包含有考慮的位點(diǎn)在內(nèi)的無限小面積元上照射的輻射通量或輻射功率P除以此面積元的面積。(dP/dS，當(dāng)在考慮的面積上的輻射功率為常數(shù)時(shí)，可簡(jiǎn)化成：E=P/S)。其SI制單位為w/㎡。對(duì)于不被靶物及其環(huán)境所散射或反射的垂直入射的平行光束而言，它和積分通量功率相當(dāng)。

輻射通量密度的峰值

維恩位移定律描述輻射能量峰值波長(zhǎng)隨溫度升高向短波長(zhǎng)的方向偏移，它表明高溫地物發(fā)射波長(zhǎng)較短的電磁波，如火山噴溢出的熔巖流發(fā)射紅光（波長(zhǎng)介于600―700nm）；低溫地物發(fā)射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波；而介于兩者之間的常溫地物，如地物在絕對(duì)溫度為290K時(shí)，則發(fā)射峰值波長(zhǎng)為10μm的熱紅外線。因此，維思位移定律將有助于對(duì)所要探測(cè)的目標(biāo)，選擇傳感器的最佳工作波段。

斯蒂芬-波爾茲曼定律指出黑體輻射通量與其絕對(duì)溫度四次方成正比，M=σT4。

地物的發(fā)射率

上述斯蒂芬濟(jì)爾茲曼定律、維恩位移定律只適用于黑體輻射。但是在自然界中黑體輻射是不存在的，我們所見到的是一般地物，而一般地物的輻射要比黑體輻射小。如果利用黑體輻射的有關(guān)公式，則需增加一個(gè)因子，這個(gè)因子就是波譜比輻射率ε_λ。所謂地物的波譜比輻射率是指地物單位面積上輻射通量M1與同一溫度下同面積黑體輻射通量M2之比值。即

ε_λ=(M₁ (λ₁T))/(M₂ (λ₂T))； M=εσT^4。

一般地物波譜比輻射率不僅與地面種類、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān)，而且還與波長(zhǎng)有關(guān)。因此，按波譜比輻射率與波長(zhǎng)的不同關(guān)系，可以把輻射源分成三類。

①黑體或絕對(duì)黑體，其ε_λ=1，ε_λ不隨波長(zhǎng)變化。

②灰體，其ε_λ=常數(shù)<1，由基爾霍夫輻射定律可知其波譜吸收率α_λ=ε_λ<1為常數(shù)。

③選擇性輻射體，其ε_λ隨波長(zhǎng)而變化，而且 ε_λ<1，因而波譜吸收率α_λ也隨波長(zhǎng)變化，并且α_λ<1。

表示在同一溫度下，每種輻射體發(fā)射率的情況。其中黑體的發(fā)射率最大（ε=1）。因此，黑體的光譜分布曲線是各種輻射體曲線的包絡(luò)線。灰體的發(fā)射率是黑體的幾分之一，為一個(gè)不變的分?jǐn)?shù)，當(dāng)灰體的發(fā)射率越接近于1時(shí)，它就越接近于黑體。選擇性輻射體的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化，但是不管在那個(gè)波長(zhǎng)，其發(fā)射率值都比黑體發(fā)射率小即ε_λ<1。

基爾霍夫定律

在紅外遙感系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以把一些紅外輻射體看成灰體（例如人體、噴氣式飛機(jī)尾噴管、無動(dòng)力空間飛行器、地球背景以及空間背景等），也可以在某些波段內(nèi)把選擇性輻射體看成灰體（如果發(fā)射率ε_λ在這些波段內(nèi)近似不變），這樣就簡(jiǎn)化了計(jì)算工作。

基爾霍夫在研究輻射傳輸過程中發(fā)現(xiàn)：在任一給定的溫度下，地物單位面積上的波譜輻射通量密度和對(duì)應(yīng)波譜吸收率之比，對(duì)任何地物都是一個(gè)常數(shù)，并等于該溫度下黑體對(duì)應(yīng)的波譜輻射通量密度。這就是基爾霍夫定律。它可寫成如下的數(shù)學(xué)形式：M_λ/α_λ=M_λ(黑體)。

這個(gè)定律的含義是，好的吸收體也是好的發(fā)射體。

以下簡(jiǎn)單地討論地物的吸收率α和發(fā)射率ε之間的關(guān)系。

根據(jù)基爾霍夫定律，在一給定的溫度下，任何地物的發(fā)射率，在數(shù)值上等于該溫度下的吸收率。對(duì)于不透明地物來說，公式可寫成：ε=1-α。

由上述公式可寫成：M=εM_黑=εσT^4

上面公式對(duì)于任何地物的紅外發(fā)射能量都可以采用。該式表明由于紅外輻射能量與溫度四次方成正比，所以只要地物微小的溫度差異，就會(huì)引起紅外輻射能量較顯著變化。這種特征構(gòu)成紅外遙感的理論根據(jù)。該公式還表明地物輻射紅外能量與它的發(fā)射率成正比。

電學(xué)中有電通量概念，磁學(xué)中有磁通量概念，光學(xué)中不僅有光通量概念，還有輻射通量概念。對(duì)于前兩個(gè)“通量”概念，大家都很熟悉，但對(duì)于后兩個(gè)“通量”概念，有些人可能就不是那么熟悉了，特別是對(duì)光通量和輻射通量這兩個(gè)非常相似的概念，很可能一時(shí)難以分清，甚至產(chǎn)生錯(cuò)覺：認(rèn)為既然光是屬于一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一種電磁輻射，那么，光通量就是輻射通量。他們殊不知光量是一個(gè)包含著主客觀雙重因素的物理量。

的確，光通量概念是起源于輻射通量概念，或者說，光通量概念是在輻射通量概念基礎(chǔ)上發(fā)展、建立起來的，兩者有著緊密的聯(lián)系及相似點(diǎn)。因此，要能透徹理解光通量概念，還得先從輻射通量說起。

眾所周知，光的傳播過程也就是能量的傳遞過程，發(fā)光體（光源）在發(fā)光時(shí)要失去能量，而吸收到光的物體就要增加能量。發(fā)光體在單位時(shí)間內(nèi)輻射出來的光（包括紅外線、可見光和紫外線）的總能量就是光源的輻射通量。有時(shí)為了研究光源表面某一個(gè)面積元的輻射情況，又可以用面積元輻射通量概念。所謂面積元輻射通量就是單位時(shí)間內(nèi)由該光源面積元實(shí)際傳送出的所有波長(zhǎng)的光能量，常用表示。由此可見，輻射通量是一個(gè)輻射度學(xué)中的純客觀物理量，它具有功率的量綱，常用單位是瓦特。例如，在地面上跟太陽光垂直的面上每平方米所得的太陽輻射通量是1320瓦特。

輻射通量雖然是一個(gè)反映光輻射強(qiáng)弱程度的客觀物理量，但是，它并不能完整地反映出由光能量所引起的人們的主觀感覺——視覺的強(qiáng)度（即明亮程度）。因?yàn)槿说难劬?duì)于不同波長(zhǎng)的光波具有不同的敏感度，不同波長(zhǎng)的數(shù)量不相等的輻射通量可能引起相等的視覺強(qiáng)度，而相等的輻射通量的不同波長(zhǎng)的光，卻不能引起相同的視覺強(qiáng)度。例如，一個(gè)紅色光源和一個(gè)綠色光源，若它們的輻射通量相同，則綠色光看上去要比紅色光光亮些。具體是人眼對(duì)黃綠光最敏感，對(duì)紅光和紫光較不敏感，而對(duì)紅外光和紫外光，則無視覺反應(yīng)。關(guān)于這方面知識(shí)的詳細(xì)研究要引出一個(gè)視見函數(shù)概念，視見函數(shù)常以V（）表示，它表示人眼對(duì)光的敏感程度隨波長(zhǎng)變化的關(guān)系。光度學(xué)上，把輻射通量與相應(yīng)的視見函數(shù)的乘積稱作為“光通量”，可用表示，即。因?yàn)槿搜蹖?duì)波長(zhǎng)為0.550微米的“綠色光”最敏感，故常把它作為標(biāo)準(zhǔn)，并把這個(gè)波長(zhǎng)的視見函數(shù)V（）定為1。這樣，對(duì)于“綠色光”而言，其輻射通量就等于光通量，其他波長(zhǎng)的視見函數(shù)都小于1，于是，光通量也就小于相應(yīng)的輻射通量。顯然，光通量也有功率的量綱，但其常用的單位是“流明”。流明和瓦特有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系（或稱光功當(dāng)量），經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定：當(dāng)光波長(zhǎng)為5550埃時(shí)，1瓦特相當(dāng)于683流明，當(dāng)光波長(zhǎng)為6000埃時(shí)，1瓦特相當(dāng)于391流明。由此可見，同樣發(fā)出1流明的光通量，波長(zhǎng)為6000埃光所需的輻射通量約為波長(zhǎng)為5550埃光的1.75倍左右。

綜上所述，盡管光通量與輻射通量的量綱相同，但是，輻射通量是一個(gè)輻射度學(xué)概念，是一個(gè)描述光源輻射強(qiáng)弱程度的客觀物理量。而光通量是一個(gè)光度學(xué)概念，是一個(gè)屬于把輻射通量與人眼的視覺特性聯(lián)系起來評(píng)價(jià)的主觀物理量。或者可以說，光通量是按光對(duì)人眼所激起的明亮感覺程度所估計(jì)的輻射通量?？傊?，光通量與輻射通量是兩個(gè)不同的光學(xué)概念，決不能混為一談。 2100433B

通量

在流體運(yùn)動(dòng)中，通量表示單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某單位面積的某屬性量，是表示某屬性量輸送強(qiáng)度的物理量。

輻射通量又稱輻射功率，指單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的輻射能，是以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率，單位為W（瓦），即1W=J/s（焦耳每秒）。它也是輻射能隨時(shí)間的變化率Φ=dQ/dt 。測(cè)量輻射通量的方法一般是由直流電置換輻射通量的等價(jià)置換原理進(jìn)行的。

實(shí)際上，輻射源所發(fā)射的能量往往由很多波長(zhǎng)的單色輻射所組成，為了研究各種波長(zhǎng)的輻射能量，還須對(duì)單一波長(zhǎng)的光輻射作相應(yīng)的規(guī)定。前面介紹的幾個(gè)重要輻射量，都有與其相對(duì)應(yīng)的光譜輻射量，光譜輻射量又叫輻射量的光譜密度，是輻射量隨波長(zhǎng)的變化率：

Φ(λ)=dΦ/dλ （1）

單位為W/μm（瓦每微米）,或W/nm（瓦每奈米）其中波長(zhǎng)為λ的輻射通量與λ值有關(guān)?？傒椛渫繎?yīng)該是各譜段輻射通量之和或輻射通量的積分值。

人眼感受到的輻射通量稱為光通量。

《電氣工程名詞》第一版。 2100433B

1998年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

依據(jù)熱傳導(dǎo)方式的不同，熱通量分為傳導(dǎo)熱通量（傳導(dǎo)熱流密度）、輻射熱通量（輻射熱流密度）和對(duì)流熱通量（對(duì)流熱流密度） 對(duì)于不同的應(yīng)用，熱通量的名稱還有如：大地?zé)嵬浚ㄒ卜Q大地?zé)崃髅芏?，土壤熱通量），它是大地（土壤）中熱傳?dǎo)方式的表述；感熱通量是物體在加熱或冷卻過程中，溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài)所需吸收或放出的熱量通量；潛熱通量是物質(zhì)發(fā)生相變（物態(tài)變化）且溫度不發(fā)生變化時(shí)吸收或放出的熱量通量。