Supplement 1.7: Stralingsgrootheden en radiometrie      (5/9)

Bestralingssterke (engels: irradiance)
ook: irradiantie, stralingsfluxdichtheit

De bestralingssterke $E_{rad}$ komt overeen met het stralingsvermogen ϕ: dat op een oppervlak A valt:

Om onderscheid te maken met de fotonenergie E wordt voor de bestralingssterkte het symbool $E_{rad}$ gebruikt.

Symbool: $E_{rad}$
Meeteenheid: Watt per vierkante meter, $\left[E_{rad}\right]=\frac{\text{W}}{{\text{m}}^{\text{2}}}$

Het oppervlak kan zelf ook een straler zijn. Dan is de specifieke uitstraling M gelijk aan het door het oppervlak afgegeven stralingsvermogen:

De voor de bestralingssterkte genoemde relaties gelden mutatis mutandis ook voor de specifieke uitstraling.

Voorbeelden

• Het stralingsvermogen van een LED-lamp die 9 W elektrisch vermogen verbruikt, is ongeveer 4 W. Voor een isotroop stralende lamp wordt op 1 m afstand met $A=4\pi r^2=\mathrm{12<mo>,</mo>57}{\text{m}}^{\text{2}}$:
  $E_{rad}=\frac{4}{\mathrm{12<mo>,</mo>57}}\frac{\text{W}}{{\text{m}}^{\text{2}}}=\mathrm{0<mo>,</mo>32}\frac{\text{W}}{{\text{m}}^{\text{2}}}$
• De bestralingssterkte van de zonnestraling die op een wolkenloze zomerdag rond het middaguur bij ons aankomt, bedraagt ongeveer 1000 W/m².
• De specifieke uitstraling van het zonneoppervlak wordt berekend met de wet van Stefan-Boltzmannz. Deze is M=62,9·10⁶ W/m².
• Voor de aarde resulteert dit, met de wet van Stefan-Boltzmann en de aanname van een gemiddelde mondiale oppervlaktetemperatuur van 16°C, d.w.z. T=289,25°C, in de waarde M=396,4 W/m. Vergelijk dit met de gegevens in een grafiek in het gedeelte over het broeikaseffect.

Meetmethoden voor het bepalen van de bestralingssterkte $E_{rad}$ vloeien voort uit eerdere gegevens over het meten van het stralingsvermogen.

De definitie van $E_{rad}$ in de linkerkolom heeft betrekking op straling die op een vlak oppervlak valt. Daarom wordt deze scalaire grootheid aangeduid als vlakke bestralingssterkte.

Er is nog een andere definitie, die expliciet wordt aangeduid als scalaire bestralingssterkte $E_o$. Deze houdt rekening met het stralingsvermogen dat vanuit alle richtingen op een punt in de ruimte aankomt:

Symbool: $E_o$
Meeteenheid: Watt per vierkante meter, $\left[E_o\right]=\frac{\text{W}}{{\text{m}}^{\text{2}}}$

Een meetmethode vereist blijkbaar een bolvormige detector en de bepaling van de stralingsvermogen op het oppervlak ervan; dit is echter in de praktijk niet haalbaar. Opstellingen die een meting mogelijk maken, worden in een volgende aanvulling voorgesteld.

Ten derde is er de vectoriale bestralingssterkte $\overrightarrow{E}$, die bestaat uit de componenten van de bestralingssterktes in de ruimterichtingen:

De Gershun-vergelijking koppelt de vectoriale en de scalaire bestralingssterkte aan de absorptiecoëfficiënt a van het medium waarin de straling zich voortplant:

Intuïtief is het duidelijk dat de verzwakking van de bestralingssterkte, weergegeven door de divergentie $\nabla \cdot \overrightarrow{E}$ (de divergentie karakteriseert bronnen en putten in een vectorveld), afhankelijk is van de stralingshoogtee $E_o$ en de absorptiecoëfficiënt. Een formele motivering van de vergelijking wordt gegeven in supplement 1.8 over stralingstransport.