Supplement 1.7: Stralingsgrootheden en radiometrie      (1/5)

In de SEOS-leereenheden worden vaak vergelijkbare stralingsgrootheden gebruikt, zoals de bestralingssterkte, de fluxdichtheid of de stralingssterkte. Het verschil in betekenis is niet altijd even duidelijk. Dit geldt ook voor de methoden om deze grootheden te meten, de zogenaamde radiometrie. Sommige grootheden worden in de astronomie of kernfysica anders aangeduid dan in de fysische optica, waarop wij ons hier baseren.

Bovendien hebben sommige eenheden in verschillende talen vergelijkbare namen, maar betekenen ze niet hetzelfde, wat erg verwarrend kan zijn. Zo komt intensity in het Engels overeen met stralingsvermogen (Watt) in een ruimtehoek (steradiaal), maar het Nederlandse woord Intensität wordt in de natuurkunde niet gedefinieerd en wordt alleen in de omgangstaal gebruikt; intensity is in het Nederlands stralingssterkte.

Hier worden daarom ook de belangrijkste grootheden met hun Engelse benamingen weergegeven.

In tegenstelling tot stralingsgrootheden hebben fysiologische grootheden betrekking op de subjectieve waarneming van licht met het oog en kunnen ze worden verklaard door het spectrale gezichtsvermogen: in blauw en groen wordt dezelfde fysieke stralingsintensiteit als verschillend helder ervaren, wat erg belangrijk is voor de verlichtingstechniek. Voorbeelden van dergelijke grootheden uit de lichttechniek of fotometrie zijn het lumen voor de visuele helderheid van een lamp en het lux voor de verlichtingssterkte op een oppervlak. Dit is in de fysische optica van ondergeschikt belang en wordt daarom hier niet verder behandeld.

Het stralingsvermogen (engels: radiant flux of radiant power)

Het stralingsvermogen, ook stralingsflux genoemd, komt overeen met het vermogen van elektromagnetische golven of fotonen in alle richtingen. Dit kan de emissie van een straler zijn, de straling die op een object valt, of ook de straling van verafgelegen bronnen op een bepaalde plaats in de ruimte.

Symbool: $\Phi$ of P; wij gebruiken $\Phi$
Meeteenheid: Watt, $\left[\Phi \right]=\text{W}$

Voorbeelden

• DHet stralingsvermogen van een ledlamp die 9 W elektrisch vermogen verbruikt, is ongeveer 4 W. Dit komt overeen met een rendement van 40 tot 50%; veel hoger dan het rendement van een gloeilamp, dat slechts ongeveer 5% bedraagt, omdat deze vooral in het infrarood spectrum straalt.
• De straling van de zon die op een wolkenloze zomerdag rond het middaguur bij ons aankomt, bedraagt maar liefst 1000 W/m².
• De totale straling van de zon in de ruimte heeft een vermogen van 387,5·10²⁴ W.

Meting van het stralingsvermogen

Met thermische detectoren kan het stralingsvermogen van spectraal brede lichtbronnen direct worden gemeten, omdat de gevoeligheid van deze detectoren niet (of slechts in geringe mate) afhankelijk is van de golflengte. De absorptie op een zwart gemaakt oppervlak is onafhankelijk van de golflengte en kan daarom voor dit doel voordelig worden gebruikt. Hier komt het golfmodel van licht om de hoek kijken, waarbij de golflengte geen rol speelt voor de intensiteit (of: de stralingsvermogen). De door absorptie ontstane warmte verandert de eigenschappen van de detector, bijvoorbeeld zijn elektrische weerstand, waaruit het stralingsvermogen wordt berekend. In een aanvullende bijlage vindt u meer informatie over thermische detectoren.

Bij kwantumdetectoren, waartoe bijvoorbeeld halfgeleiderfotodioden of fotomultiplicators (Engels: photomultiplier, PMT) behoren, is de fotonenergie en daarmee ook de golflengte bepalend voor het meetproces en moet hiermee rekening worden gehouden bij het meten van stralingsvermogens. Voor het meten van het vermogen van smalbandige stralers, zoals lasers of monochrome leds, wordt de spectrale gevoeligheid van de fotodiode uit het gegevensblad gehaald. Voor precisiemetingen kan een detector worden gekalibreerd met een lichtstandaard. Bij breedbandige stralingsbronnen moet vanwege de variabele gevoeligheid van de detector het gehele spectrum worden gemeten met een spectraal gekalibreerde spectrometer en vervolgens over alle golflengten worden geïntegreerd; hier zijn spectraal onafhankelijke thermische detectoren zeer voordelig.

Met beide soorten detectoren kan ook de temperatuur van zwarte stralers worden gemeten. Ze worden dan pyrometers genoemd.