В физике , и в частности , измеренной с помощью радиометрии , лучистая энергия — это энергия электромагнитного [1] и гравитационного излучения . Что касается энергии, ее единицей в системе СИ является джоуль (Дж). Количество лучистой энергии можно рассчитать 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 разделах физики , кроме радиометрии, электромагнитная энергия обозначается с помощью E или W. Этот термин используется, в частности, когда источник излучает электромагнитное излучение 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 также иногда используется и в других областях (например, в телекоммуникациях ). В современных приложениях, связанных с передачей энергии из одного места в другое, «энергия излучения» иногда используется для обозначения самих электромагнитных волн , а не их энергии (свойства волн). В прошлом также использовался термин «электрорадиационная энергия». [4]
Термин «лучистая энергия» также применим к гравитационному излучению . [5] [6] Например, первые гравитационные волны, которые когда-либо наблюдались, были созданы в результате столкновения черной дыры, испускавшего около 5,3 × 1047 джоулей гравитационно-волновой энергии. [7]
Поскольку электромагнитное (ЭМ) излучение можно представить как поток фотонов , лучистую энергию можно рассматривать как энергию фотонов – энергию, переносимую этими фотонами. Альтернативно, ЭМ-излучение можно рассматривать как электромагнитную волну, которая несет энергию в своих колеблющихся электрических и магнитных полях. Эти два взгляда совершенно эквивалентны и примиряются друг с другом в квантовой теории поля (см. корпускулярно-волновой дуализм ). [ нужна цитата ]
ЭМ излучение может иметь различные частоты . Полосы частот, присутствующие в данном электромагнитном сигнале, могут быть четко выраженными, как это видно в атомных спектрах , или могут быть широкими, как в излучении черного тела . В картине частиц энергия, переносимая каждым фотоном, пропорциональна его частоте. В волновой картине энергия монохроматической волны пропорциональна ее интенсивности . Это означает, что если две ЭМ волны имеют одинаковую интенсивность, но разные частоты, то волна с более высокой частотой «содержит» меньше фотонов, поскольку каждый фотон более энергичен.
Когда электромагнитные волны поглощаются объектом, энергия волн преобразуется в тепло (или в электричество в случае фотоэлектрического материала). Это очень знакомый эффект, поскольку солнечный свет нагревает поверхности, которые он освещает. Часто это явление связано именно с инфракрасным излучением, но любой вид электромагнитного излучения нагревает поглощающий его объект. ЭМ волны также могут отражаться или рассеиваться , и в этом случае их энергия также перенаправляется или перераспределяется.
Лучистая энергия — один из механизмов, с помощью которого энергия может проникать в открытую систему или выходить из нее . [8] [9] [10] Такая система может быть искусственной, например, коллектор солнечной 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 атмосферными парниковыми газами. Лучистая энергия вырабатывается на Солнце в результате ядерного синтеза . [11]
Лучистая энергия используется для лучистого отопления . [12] Его можно генерировать электрически с помощью инфракрасных ламп или поглощать солнечный свет и использовать для нагрева воды. Тепловая энергия излучается теплым элементом (полом, стеной, потолочной панелью) и согревает людей и другие предметы в помещениях, а не нагревает непосредственно воздух. Из-за этого температура воздуха может быть ниже, чем в традиционно отапливаемом здании, хотя помещение кажется таким же комфортным.
Были разработаны различные другие применения лучистой энергии. [13] К ним относятся обработка и проверка, разделение и сортировка, средства контроля и средства связи. Многие из этих приложений включают источник лучистой энергии и детектор, который реагирует на это излучение и выдает сигнал, отражающий некоторые характеристики излучения. Детекторы лучистой энергии реагируют на падающую лучистую энергию либо в виде увеличения или уменьшения электрического потенциала или тока , либо в виде какого-либо другого ощутимого изменения, такого как экспонирование фотопленки .
