DIN 5031-1-1982 Optical radiation physics and illuminating engineering quantities symbols and units of radiation physics《光辐射物理学和照明技术 辐射物理学量、符号、单位》.pdf

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1、,- -. Beziehung DIN1 DIN 5031 TEIL 1 82 2794442 0020932 720 K 535.2-2 : 628.9 : 001.4 : 003.62 DEUTSCHE NORM Mrz 1982 . SI-Einheit Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik Gren, Formelzeichen und Einheiten der Strahlungsphysik A DIN - 5031 Teil 1 Optical radiation physics and illuminat

2、ing engineering; quantities, symbols and units of radiation physics Physique de radiation optique et technique declairage; grandeurs, symboles et unites de la physique de radiation Ersatz fr Ausgabe 10.76 DIN 5031 umfat die folgenden einzelnen Teile: Teil 1 Teil 2 Teil 3 Teil 4 Teil 5 Teil 6 Teil 7

3、Teil 8 Teil 9 Teil 10 (Vornorm) Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; GrBen, Formel- und Kurzzeichen fui Beiblatt 1 zu DIN 5031 Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Inhaltsverzeichnis ber GrBen Strahlungsphysik irn optischen Bereich und Lichttechnik; Gren, Formel

4、zeichen und Einheiten der Strahlungs. Physik Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Strahlungsbewertung durch Empfnger Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; GrBen, Formelzeichen und Einheiten der Lichttechnik Strahlungsphysik irn optischen Bereich und Lichttechnik;

5、 Wirkungsgrade Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Temperaturbegriffe Strahlungsphysik irn optischen Bereich und Lichttechnik; Pupillen-Lichtstrke als Ma6 fr die Netzhautbeleuchtuns Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik; Benennung der Wellenlngenbereiche Strahlun

6、gsphysik irn optischen Bereich und Lichttechnik; Strahlungsphysikalische Begriffe und Konstanten Strahlungsphysik irn optischen Bereich und Lichttechnik; Lumineszenz-Begriffe photobiologisch wirksame Strahlung Formelzeichen und Einheiten sowie Stichwortverzeichnis zu DIN 5031 Teil 1 bis Teil 10 1 St

7、rahlungsphysikalische GrBen 1.1 Energetische GrBen GrBe Strahlungs- energie, Strahlungs- menge Strahlungs- leistung, (StrahlungsRu Spezifische Ausstrahlung Strahlstrke 1) Forrnel- Zeichen M I Beziehung = Q t Vereinfachte Erklrung Qn=x ist die spektrale Dichte der Strahlungsenergie Q (siehe Abschnitt

8、 2). Die Strahlungsleistung ist der Quotient aus Strahlungsenergie Q und Zeit t. Die spezifische Ausstrahlung M ist der Quotient aus der von einer Flche Al ausgehenden Strah- lungsleistung und dieser Flche. Die Strahlstrke I ist der Quo- tient aus der von einer Strah- lungsquelle in einer Richtung a

9、usgehenden Strahlungsleistung und dem durchstrahlten Raumwinkel QI. Fortsetzung Seite 2 bis 1 Norrnenausschu Lichttechnik (FNL) irn DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. NormenausschuB Einheiten und Formelgren (AEF) im DIN DINL DIN 5031 TEIL L 82 9 2794442 0020933 bb7 9 Seite 2 DIN 5031 Teil 1 1.1

10、 Energetische GrBen (Fortsetzung) Vereinfachte Erklrung Formel- zeichen GrRe Beziehung SI-Einheit Beziehung Die Strahldichte L ist der Quo- tient aus der durch eine Flche A in einer Richtung (E) durchtreten- den (auftreffenden) Strahlungs- leistung und dem Produkt aus dem durchstrahlten Raum- winkel

11、 B und der Projektion der Flche (d A . cos E) auf eine Ebene senkrecht zur betrachteten Richtung. Die Bestrahlungsstrke E ist der Quotient aus der auf eine Flche A2 auftreffenden Strahlungs- leistung und dieser Flche. Strahldichte 1) (EnergiefluB- dichte - Richtungs- verteilung2) - d2 - d dA2. COS E

12、: Bestrahlungs- starkes) E W. m-2 Die Bestrahlung H ist das Pro- dukt aus der Bestrahlungs- strke E und der Dauer t des Bestrahlungsvorganges. H H=jE.dt H= E* t Bestrahlung Die Raumbestrahlungsstrke Eo ist das 4fache des Quotienten aus der Strahlungsleistung , die auf die AuBenseite einer kleinen um

13、 den betrachteten Punkt gedachten Kugel auffllt, und der Kugeloberflche AK. Raum bestrah- lungsstrke (Energ ieflu- dichten) Raumbe- Strahlung (Energie- fluenz2) Die Raumbestrahlung Ho ist das Produkt aus der Raumbestrah- lungsstrke Eo und der Dauer t des Bestrahlungsvorganges. o = Eo . t Der Betrag

14、des Bestrahlungs- Vektors E ist gleich der maximalen Differenz der Bestrahiungsstrke E auf den beiden Seiten eines am betrachteten Punkt gedachten Flchenelements. Die Richtung des Bestrahlungsvektors entspricht der Flchennormalen auf der Seite des Flchenelementes, die bei Orientierung nach der maxim

15、alen Differenz die geringere Bestrah- lungsstrke aufweist. Bestrahlungs- Vektor (Energiestrom- dichte 2) E=jL.dd 4rr 1) In DIN 45 020, Ausgabe November 1965, ,Elektrische Nachrichtentechnik Begriffe aus dem Gebiet der Wellen- ausbreitung“ sind zum Teil andere Benennungen undloder Begriffsbestimmunge

16、n eingefhrt worden, als sie in der Lichttechnik seit 1938 genormt sind. 2) In der Radiologie gebruchliche Benennungen (siehe DIN 6814 Teil 2) sind bei ,GrBe“ und ,Formelzeichen“ ir Klammern mit angegeben. 3) In der Meteorologie wird die Bestrahlungsstrke auf horizontaler Flche, die durch Sonne und H

17、immel erzeugt wird, als ,Globaibestrahlungsstrke“ bezeichnet. Beziehung ormel- :eichen SI-Ein heit P I Epo=4- AK DIN1 DIN 5031 TEIL 1 82 2794442 0020934 5T3 = 1.2 Photonen-GrBen DIN 5031 Teil 1 Seite 3 Vereinfachte Erklrung Gre Beziehung hotonen- nzahl V, = d N,ld A. ist die spektrale lichte der Pho

18、tonenanzahl N, siehe Abschnitt 2). hotonen- trom N =P Pt ler Photonenstrom QP ist der 3uotient aus Photonenanzahl N, ind Zeit t. lie spezifische Photonenaus- Strahlung M, ist der Quotient aus lem von einer Flche Al ausge- ienden Photonenstrom , und lieser Flche. ipezifische hotonenaus- trah I u ng l

19、ie Photonenstrahlstrke I, ist Jer Quotient aus dem von einer Strahlungsquelle in einer Rich- tung ausgehenden Photonen- strorn QP und dem durchstrahlten Raumwinkel QI. Die Photonenstrahldichte L, isi der Quotient aus dem durch eine Flche A in einer Richtung (c) durchtretenden (auftreffen- den) Photo

20、nenstrom , und dem Produkt aus dem durchstrahlter Raumwinkel Q und der Projektior der Flche (d A . cos c) auf eine Ebene senkrecht zur betrachteten Richtung. Die Photonenbestrahlungsstrke E, ist der Quotient aus dem aui eine Flche A2 auftretenden Pho tonenstrom und dieser Flche hotonen- strahlstrke

21、hotonen- strahldichte :FluBdichte- iic h t u ngsver- :eilung2) L, (Ion) hotonen- Destrahlungs- strke E, Die Photonenbestrahlung H, is das Produkt aus der Photonen bestrahlungsstrke E, und dei Dauer t des Bestrahlungsvor. gangs. hotonen- Destrahlung H, = E,. t I Die Photonenraumbestrahlungs. strke EP

22、o ist das 4fache de: Quotienten aus dem Photonen. strom , der auf die Auenseiti einer kleinen um den betrachtete1 Punkt gedachten Kugel aufflli und der Kugeloberflche AI(. Photonen- raum bestrah- lungsstrke (Fludichtez) Photonen- raum- bestrahlung (Fluenz 2) Die Photonenraumbestrahlung H, ist das Pr

23、odukt aus der Photoner raumbestrahlungsstrke EPo un1 der Dauer t des Bestrahlungs Vorganges. DIN1 DIN 5031 TEIL 1 62 Seite 4 DIN 5031 Teil 1 1.2 Photonen-GrBen (Fortsetzung) = 2794442 0020935 43T - Lfd. Nr - 10 - Gre Photonenbe- strahlungs- Vektor (Photonen- strom- dichte*) Formel- zeichen Beziehung

24、 SI-Einheit s-1 . m-2 1.3 Formelzeichen Fr jede strahlungsphysikalische GrBe werden in dieser Norm (in bereinstimmung mit der Internationalen Be- leuchtungskommission (CIE) ein oder mehrere Formel- zeichen empfohlen. Bei den Photonen-GrBen, die fr monochromatische Strahlung entsprechend der Gleichun

25、g d N, = d Q/(h. v) = dQ.A/(h. c) (h Plancksches Wirkungs- quantum, v Frequenz der monochromatischen Strahlung, A Wellenlnge der monochromatischen Strahlung, c Va- kuumlichtgeschwindigkeit) mit den energetischen GrBen verknpft sind, wurde zur Unterscheidung der Index p ver- wendet. Jeder energetisch

26、en GrBe entsprechen auBer- dem lichttechnische GrBen (siehe DIN 5031 Teil 2 und Teil 3), bei denen die Strahlung entsprechend einem photo- metrischen Normalbeobachter bewertet wird: beide Gr- Benarten werden mit dem gleichen Formelzeichen be- zeichnet. Falls erforderlich, wird zu ihrer Unterscheidun

27、g der Index e in dem Fall der energetischen GrBen und der Index v (visuell) im Fall der lichttechnischen GrBen hinzugefgt. Wenn keine Mglichkeit einer Verwechslung besteht, drfen die Indizes weggelassen werden; dies gilt sinngem6 auch fr den Index p. Es ist blich, geometrische GrBen (Flchen, Winkel

28、und Raumwinkel), die nur fr die Ausstrahlung gelten, durch den index 1 und GrBen, die nur fr die Einstrahlung gei- ten, durch den Index 2 zu kennzeichnen. 1.4 Einheiten Neben den in Abschnitt 1.1 und 1.2 genannten Einheiten drfen auch deren dezimale Teile oder Vielfache sowie die weiteren in DIN 130

29、1 Teil 1 angegebenen Einheiten angewendet werden. 1.5 Vereinfachte Beziehungen Neben den exakten differentiellen Begriffsbestimmungen werden fr strahlungsphysikalische GrBen oft verein- fachte Beziehungen und Erklrungen verwendet. Dabei ist zu beachten, ob die Strahlungsleistung bzw. der Photonenstr

30、om a) gleichmBig ber die Zeit, b) gleichmBig ber die Flche, c) gleichmBig im Raumwinkel verteilt ist. Ist eine Bedingung nicht erfllt, so gilt fr diese Verteilung die Vereinfachung nur fr den Mittelwert. Beziehung Vereinfachte Erklrung Der Betrag desphotonenbestrah- lungsvektors E, ist gleich der ma

31、ximalen Differenz der Photo- nenbestrahlungsstrke E, auf den beiden Seiten eines am betrachte- ten Punkt gedachten Flchen- elementes. Die Richtung des Pho- tonenbestrahlungsvektors ent- spricht der Flchennormalen auf der Seite des Flchenelementes, die bei Orientierung nach der maximalen Differenz di

32、e gerin- gere Photonenbestrahlungs- strke erhlt. 2 Spektrale strahlungsphysikalische Gr6en Ist die Strahlung ber ein grBeres Wellenlngenintervall verteilt, so ist der Begriff der spektralen strahlungsphysi- kalischen GrBe erforderlich. Fr eine beliebige energe- tische oder PhotonengrBe ergibt sich d

33、ie zugehrige spektrale Gr.Be durch Differentiation der jeweiligen GrBe X entweder nach der Wellenlnge A oder nach der Fre- quenz v. Es handelt sich also um die spektrale Dichte der jeweiligen GrBe. Wenn keine Verwechslungen zu erwar- ten sind, darf an die Stelle von “spektrale Dichte von“ das Adjekt

34、iv ,spektral“ gesetzt werden. Der Zusammenhang zwischen spektralen energetischen und spektralen PhotonengrBen ergibt sich durch die Beziehung: 1 dNp =QI. -. A - dNp =Qv.- h*c dv hv also: dA Die spektralen GrBen Xi und X, sind von verschiedener GrBenart, nmlich strahlungsphysikalische GrBeWel- lenlng

35、e bzw. strahlungsphysikalische GrBeFrequenz; ihre Zahlenwerte hngen von den benutzten Einheiten fr Wellenlnge und Frequenz ab. Sie erreichen ihre Extrem- werte fr Werte A und v, die nicht durch die Gleichung c = A . v verbunden sind. Anmerkung: Xi = - ; z. B. spektrale Strahlungsleistung bezogen auf

36、 den infinitesimalen Wellenlngen- bereich dA dX dA d A.= - dA etwa in W. nm- dX dv X, = -; z. B. spektrale Strahlungsleistung bezo- gen auf den infinitesimalen Frequenzbereich dv d o“= dv etwa in W. THZ- Im Wellenlngenintervall AA ist dann: Und ebenso in dem Frequenzintervall Av AX = Xi. AA, z. B. A

37、 = #i, AA AX = Xv AV, Z. B. A = 9v. AV Entsprechendes gilt fr die PhotonengrBen. DIN1 DIN 5031 TEIL 1 82 m 2794442 0020736 376 m DIN 5031 Teil 1 Seite 5 Multipliziert man die spektralen strahlungsphysikalischen Gren mit der Wellenlnge A oder der Frequenz v, so erhlt man die logarithmisch-spektralen

38、ctrahlungsphysi- kalischen Gren. Anmerkung: Diese Multiplikation ist als Folge der Bezie- hung d (in u) = -gleichbedeutend mit der Diffe- rentiation nach den Logarithmen der relativen Werte der Variablen A oder v. Die logarithmisch-spektralen Gren XJ. . A und X, . v sind bis auf das Vorzeichen gleic

39、h; sie sind von der gleichen GrBenart, nmlich Strahlungs- grBe durch relatives Wellenlngen- bzw. Frequenz- intervall. ihre Zahlenwerte sind von den benutzten Einheiten fr Wellenlnge bzw. Frequenz unabhn- gig. Sie erreichen ihre Extremwerte fr Werte A“ bzw. Y“, die durch-die Gleichung c = A“. v“ verb

40、un- den sind4). Anmerkung: Logarithmisch-spektrale Strahlungsleistung du U . A = J A. mit der Wellenlnge als d d - daia da W Variable etwa in nmlnm Logarithmisch-spektrale Strahlungsleistung - .v=,.v d d dvlv dv W mit der Frequenz als Variable etwa in - THzITHz 3 Raumwinkelgren Bei der Beschreibung

41、der Ausbreitung von Strahlung wer- den folgende Gren bentigt, die mit dem Raumwinkel zusammenhngen. 3.1 Raumwinkel Der Raumwinkel Sa, unter dem ein Gegenstand von einem Punkt aus erscheint, ist der Quotient aus der Zentralpro- jektion dieses Gegenstandes auf eine um den Punkt ge- legte Kugel und dem

42、 Quadrat des Kugelradius. Der Punkt ist Zentrum der Projektion und Scheitelpunkt des Raum- Winkels. Er wird in dieser Norm in der Einheit Steradiant“ (Einheitenzeichen sr) gemessen (siehe DIN 1315). Wird das Raumwinkelelement d Sa durch ein von seinem Scheitelpunkt im Abstand r befindliches Flchenel

43、ement d A begrenzt, so ist folglich d A . COS e r2 do= 90 ao = 1 sr Dabei bedeutet c den ebenen Winkel zwischen der Nor- malen von d A und der Richtung vom Scheitelpunkt. 3.2 Raumwinkelprojektion Berechnet man die von einem Flchenelement d A, unter dem Winkel c1 gegen die Flchennormale in den Raum-

44、winkel Sa, abgestrahlte Strahlungsleistung d , so ergibt sich diese bei konstanter Strahldichte L zu: d=L.dAAi j cosl.dSa1 (01) Entsprechendes gilt, wenn man die aus einem bestimmten Raumwinkel Saz unter dem Winkel c2 auf ein Flchenele- ment auftreffende Strahlungsleistung betrachtet. Das tntegral h

45、eit Raumwinkelprojektion. Sa, = J COS E d Sa 3.3 Geometrischer Flu6 Berechnet man die von einer Flche Al in den Raum- winkel Dl abgestrahlte Strahlungsleistung , so mu auer ber den Raumwinkel auch ber die Flche integriert werden: =I. j I dA1.COSC1.dS2i (Ai) (01) Entsprechendes gilt, wenn man die aus

46、 einem bestimmten Raumwinkel Sa2 auf eine Flche auftreffende Strahlungs- leistung betrachtet. Das Integral heit geometrischer FluB. G = j i dA . COS c. d Q 4 Photometrisches Grundgesetz Fr die Ausbreitung von Strahlung gilt das photometrische Grundgesetz: dAl . COS ei dA2 COS e2 d2=L. o0 r2 d2 ist d

47、ie Strahlungsleistung, die ein FlchenelementdA , mit der Strahldichte i. unter dem Ausstrahlungswinkel el einem anderen von ihm im Abstand r befindlichen Flchen- element dA2 unter dem Einstrahlungswinkel e2 zustrahlt. Die Winkel E werden zwischen Flchennormalen und Strah- lungsrichtung gemessen. Die

48、 Projektionen dAl . cos el und dAz . cos e2 sind senkrecht auf der Strahlungsrichtung stehende Querschnitte. Das Gesetz gilt streng nur fr das Vakuum; in Materie gilt es nur insoweit, als Absorption, Streuung und Lumines- zenz vernachlssigt werden drfen. Anmerkung: Aus dem symmetrischen Aufbau der Formel geht hervor, da die gleiche Strahlungsleistung bertragen wird, unabhngig davon, ob d Al als Strahler und d A2 als Empfnger wirken oder um- gekehrt, sofern nur die Strahldichte L in beiden Fllen gleich gro ist. 5 Photometrisches Entfernungsgesetz Aus dem photometrischen Grundgesetz It sich di