Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Энергия, переносимая электромагнитным или гравитационным излучением
Energy carried by electromagnetic or gravitational radiation
В физике, и в частности при измерениях с помощью радиометрии, энергия излучения представляет собой энергию электромагнитного и гравитационного излучения. Её единица измерения в системе СИ – джоуль (Дж). Количество энергии излучения можно вычислить, интегрируя поток излучения (или мощность) по времени. Символ Qe часто используется в литературе для обозначения энергии излучения ("e" от "энергетического", чтобы избежать путаницы с фотометрическими величинами). В других областях физики, отличных от радиометрии, электромагнитная энергия обозначается E или W. Этот термин особенно часто используется, когда электромагнитное излучение испускается источником в окружающую среду. Это излучение может быть как видимым, так и невидимым для человеческого глаза.
In physics, and in particular as measured by radiometry, radiant energy is the energy of electromagnetic and gravitational radiation. As energy, its SI unit is the joule (J). The quantity of radiant energy may be calculated by integrating radiant flux (or power) with respect to time. The symbol Qe is often used throughout literature to denote radiant energy ("e" for "energetic", to avoid confusion with photometric quantities). In branches of physics other than radiometry, electromagnetic energy is referred to using E or W. The term is used particularly when electromagnetic radiation is emitted by a source into the surrounding environment. This radiation may be visible or invisible to the human eye.
Использование терминологии и история
Термин "излучающая энергия" наиболее часто используется в областях радиометрии, солнечной энергетики, отопления и освещения, но также иногда применяется и в других областях (например, в телекоммуникациях). В современных приложениях, связанных с передачей мощности из одного места в другое, "излучающая энергия" иногда используется для обозначения самих электромагнитных волн, а не их энергии (свойства волн). В прошлом также использовался термин "электрорадиационная энергия". Термин "излучающая энергия" также применим к гравитационному излучению. Например, первые когда-либо зарегистрированные гравитационные волны были созданы столкновением черных дыр, которое излучило около 5,3 джоулей энергии гравитационных волн.
The term "radiant energy" is most commonly used in the fields of radiometry, solar energy, heating and lighting, but is also sometimes used in other fields (such as telecommunications). In modern applications involving transmission of power from one location to another, "radiant energy" is sometimes used to refer to the electromagnetic waves themselves, rather than their energy (a property of the waves). In the past, the term "electro radiant energy" has also been used. The term "radiant energy" also applies to gravitational radiation. For example, the first gravitational waves ever observed were produced by a black hole collision that emitted about 5.3 joules of gravitational wave energy.
Анализ
Поскольку электромагнитное излучение (ЭМ) можно представить как поток фотонов, излучательную энергию можно рассматривать как энергию фотонов – энергию, переносимую этими фотонами. Альтернативно, ЭМ-излучение можно представить как электромагнитную волну, которая переносит энергию в своих колеблющихся электрических и магнитных полях. Оба этих подхода полностью эквивалентны и примиряются друг с другом в квантовой теории поля (см. корпускулярно-волновой дуализм). ЭМ-излучение может иметь различные частоты. Диапазоны частот, присутствующие в данном ЭМ-сигнале, могут быть чётко определены, как наблюдается в атомных спектрах, или широкими, как в излучении абсолютно чёрного тела. В представлении о фотонах энергия, переносимая каждым фотоном, пропорциональна его частоте. В волновом представлении энергия монохроматической волны пропорциональна её интенсивности. Это подразумевает, что если две ЭМ-волны имеют одинаковую интенсивность, но разную частоту, то волна с более высокой частотой "содержит" меньше фотонов, поскольку каждый фотон более энергичен. Когда ЭМ-волны поглощаются объектом, энергия волн преобразуется в тепло (или в электричество в случае фотоэлектрического материала). Это хорошо знакомый эффект, поскольку солнечный свет нагревает облучаемые им поверхности. Часто это явление особенно связывают с инфракрасным излучением, но любой вид электромагнитного излучения будет нагревать объект, который его поглощает. ЭМ-волны также могут отражаться или рассеиваться, в этом случае их энергия перенаправляется или перераспределяется.
Because electromagnetic (EM) radiation can be conceptualized as a stream of photons, radiant energy can be viewed as photon energy – the energy carried by these photons. Alternatively, EM radiation can be viewed as an electromagnetic wave, which carries energy in its oscillating electric and magnetic fields. These two views are completely equivalent and are reconciled to one another in quantum field theory (see wave particle duality). EM radiation can have various frequencies. The bands of frequency present in a given EM signal may be sharply defined, as is seen in atomic spectra, or may be broad, as in blackbody radiation. In the particle picture, the energy carried by each photon is proportional to its frequency. In the wave picture, the energy of a monochromatic wave is proportional to its intensity. This implies that if two EM waves have the same intensity, but different frequencies, the one with the higher frequency "contains" fewer photons, since each photon is more energetic. When EM waves are absorbed by an object, the energy of the waves is converted to heat (or converted to electricity in case of a photoelectric material). This is a very familiar effect, since sunlight warms surfaces that it irradiates. Often this phenomenon is associated particularly with infrared radiation, but any kind of electromagnetic radiation will warm an object that absorbs it. EM waves can also be reflected or scattered, in which case their energy is redirected or redistributed as well.
Открытые системы
Радиационная энергия — один из механизмов, посредством которого энергия может поступать в открытую систему или покидать её. Такая система может быть искусственной, например, солнечный коллектор, или естественной, например, атмосфера Земли. В геофизике большинство атмосферных газов, включая парниковые газы, пропускают коротковолновую радиационную энергию Солнца к поверхности Земли, нагревая сушу и океаны. Поглощенная солнечная энергия частично переизлучается в виде излучения большей длины волны (преимущественно инфракрасного излучения), часть которого поглощается парниковыми газами в атмосфере. Радиационная энергия образуется на Солнце в результате ядерного синтеза.
Radiant energy is one of the mechanisms by which energy can enter or leave an open system. Such a system can be man made, such as a solar energy collector, or natural, such as the Earth's atmosphere. In geophysics, most atmospheric gases, including the greenhouse gases, allow the Sun's short wavelength radiant energy to pass through to the Earth's surface, heating the ground and oceans. The absorbed solar energy is partly re emitted as longer wavelength radiation (chiefly infrared radiation), some of which is absorbed by the atmospheric greenhouse gases. Radiant energy is produced in the sun as a result of nuclear fusion.
Приложения
Радиантная энергия используется для лучистого отопления. Она может генерироваться электрическим путем с помощью инфракрасных ламп или поглощаться от солнечного света и использоваться для нагрева воды. Тепловая энергия излучается от нагретого элемента (пол, стена, потолочная панель) и согревает людей и другие объекты в помещении, а не нагревает воздух напрямую. Благодаря этому температура воздуха может быть ниже, чем в здании с традиционным отоплением, хотя в помещении может ощущаться такой же комфорт. Разработаны и другие области применения радиантной энергии, включая обработку и контроль, инспекцию, разделение и сортировку, а также средства управления и передачи информации. Многие из этих применений включают источник радиантной энергии и детектор, реагирующий на это излучение и выдающий сигнал, отражающий его характеристики. Детекторы радиантной энергии реагируют на падающее излучение, изменяя электрический потенциал или силу тока, или вызывая другие воспринимаемые изменения, например, засветку фотопленки.
Radiant energy is used for radiant heating. It can be generated electrically by infrared lamps, or can be absorbed from sunlight and used to heat water. The heat energy is emitted from a warm element (floor, wall, overhead panel) and warms people and other objects in rooms rather than directly heating the air. Because of this, the air temperature may be lower than in a conventionally heated building, even though the room appears just as comfortable. Various other applications of radiant energy have been devised. These include treatment and inspection, separating and sorting, medium of control, and medium of communication. Many of these applications involve a source of radiant energy and a detector that responds to that radiation and provides a signal representing some characteristic of the radiation. Radiant energy detectors produce responses to incident radiant energy either as an increase or decrease in electric potential or current flow or some other perceivable change, such as exposure of photographic film.