В физике , и в частности , измеряемой радиометрией , лучистая энергия — это энергия электромагнитного [1] и гравитационного излучения . Как энергия, ее единицей СИ является джоуль (Дж). Количество лучистой энергии может быть рассчитано путем интегрирования лучистого потока (или мощности ) по времени . Символ Q e часто используется в литературе для обозначения лучистой энергии («e» означает «энергетический», чтобы избежать путаницы с фотометрическими величинами). В других областях физики, кроме радиометрии, электромагнитная энергия обозначается с помощью E или W. Этот термин используется, в частности, когда электромагнитное излучение испускается источником в окружающую среду. Это излучение может быть видимым или невидимым для человеческого глаза. [2] [3]
Термин «лучистая энергия» чаще всего используется в областях радиометрии , солнечной энергии , отопления и освещения , но иногда также используется и в других областях (например, телекоммуникациях ). В современных приложениях, связанных с передачей энергии из одного места в другое, «лучистая энергия» иногда используется для обозначения самих электромагнитных волн , а не их энергии (свойства волн). В прошлом также использовался термин «электро-лучистая энергия». [4]
Термин «лучистая энергия» также применяется к гравитационному излучению . [5] [6] Например, первые когда-либо наблюдавшиеся гравитационные волны были созданы столкновением черной дыры, которая испустила около 5,3 × 1047 джоулей энергии гравитационных волн. [7]
Поскольку электромагнитное (ЭМ) излучение можно концептуализировать как поток фотонов , лучистую энергию можно рассматривать как энергию фотонов — энергию, переносимую этими фотонами. С другой стороны, ЭМ излучение можно рассматривать как электромагнитную волну, которая переносит энергию в своих колеблющихся электрических и магнитных полях. Эти два взгляда полностью эквивалентны и согласуются друг с другом в квантовой теории поля (см. корпускулярно-волновой дуализм ). [ необходима цитата ]
ЭМ излучение может иметь различные частоты . Полосы частот, присутствующие в данном ЭМ сигнале, могут быть резко определены, как это видно в атомных спектрах , или могут быть широкими, как в излучении черного тела . В корпускулярной картине энергия, переносимая каждым фотоном, пропорциональна его частоте. В волновой картине энергия монохроматической волны пропорциональна ее интенсивности [ необходима цитата ] . Это означает, что если две ЭМ волны имеют одинаковую интенсивность, но разные частоты, та, у которой более высокая частота, «содержит» меньше фотонов, поскольку каждый фотон более энергичен.
Когда электромагнитные волны поглощаются объектом, энергия волн преобразуется в тепло (или преобразуется в электричество в случае фотоэлектрического материала). Это очень знакомый эффект, поскольку солнечный свет нагревает поверхности, которые он облучает. Часто это явление связано, в частности, с инфракрасным излучением, но любой вид электромагнитного излучения будет нагревать объект, который его поглощает. Электромагнитные волны также могут отражаться или рассеиваться , и в этом случае их энергия также перенаправляется или перераспределяется.
Лучистая энергия является одним из механизмов, посредством которого энергия может входить или выходить из открытой системы . [8] [9] [10] Такая система может быть искусственной, например, солнечный коллектор энергии , или естественной, например, атмосфера Земли . В геофизике большинство атмосферных газов, включая парниковые газы , позволяют коротковолновой лучистой энергии Солнца проходить к поверхности Земли, нагревая землю и океаны. Поглощенная солнечная энергия частично переизлучается в виде более длинноволнового излучения (главным образом инфракрасного излучения), часть которого поглощается парниковыми газами атмосферы. Лучистая энергия вырабатывается на Солнце в результате ядерного синтеза . [11]
Лучистая энергия используется для лучистого отопления . [12] Она может быть сгенерирована электрически инфракрасными лампами или может быть поглощена из солнечного света и использована для нагрева воды. Тепловая энергия излучается из теплого элемента (пола, стены, потолочной панели) и согревает людей и другие предметы в помещениях, а не напрямую нагревает воздух. Из-за этого температура воздуха может быть ниже, чем в традиционно отапливаемом здании, хотя помещение выглядит таким же комфортным.
Были разработаны различные другие приложения лучистой энергии. [13] К ним относятся обработка и проверка, разделение и сортировка, средство контроля и средство связи. Многие из этих приложений включают источник лучистой энергии и детектор, который реагирует на это излучение и выдает сигнал, представляющий некоторую характеристику излучения. Детекторы лучистой энергии реагируют на падающую лучистую энергию либо как увеличение или уменьшение электрического потенциала или тока , либо как некоторое другое воспринимаемое изменение, например, экспонирование фотопленки .
