
【化】 radiant energy density
【医】 radiant energy
density; thickness
【化】 density
【医】 density
辐射能密度(radiant energy density)是物理学中描述电磁辐射能量分布的核心概念,指单位体积空间内存储的辐射能量值。根据热力学与电磁学理论,其定义为特定频率范围内电磁波携带的能量与该频率间隔及体积的比值。
该物理量的数学表达式为: $$ u( u, T) = frac{8pi h u}{c} frac{1}{e^{h u/(k_B T)} - 1} $$ 式中$h$为普朗克常数,$k_B$为玻尔兹曼常数,$c$为光速,$T$为热力学温度。该公式源自黑体辐射的普朗克定律,反映了能量量子化特性。
在工程应用中,辐射能密度具有以下特征:
《朗道理论物理学教程·统计物理学》第五章明确指出,辐射能密度是平衡态统计力学研究电磁辐射能量分布的关键参数。美国国家标准与技术研究院(NIST)的辐射度量学术语标准中,将该量列为基本辐射度量学量之一。
辐射能密度是描述电磁辐射能量在空间分布的重要物理量,其核心定义和解释如下:
辐射能密度指单位体积内包含的电磁辐射能量总和,单位为焦耳/立方米(J/m³)。根据电磁波特性,它包含电场和磁场的能量贡献。
总辐射能密度
表示单位体积内所有频率的辐射能总和,计算公式为:
$$
w = frac{1}{2}(varepsilon E + frac{1}{mu}B)
$$
其中$varepsilon$为介电常数,$E$为电场强度,$mu$为磁导率,$B$为磁感应强度。
单色辐射能密度
描述特定频率范围内的能量分布,定义为:
$$
u_
u = frac{dw}{d
u}
$$
即单位体积内单位频率间隔的辐射能。
该概念在辐射转移理论中尤为重要,用于分析天体辐射通过介质时的能量变化,涉及辐射与物质的吸收、发射相互作用。
注:相关公式中$varepsilon$和$mu$的取值与介质性质相关,真空条件下$varepsilon_0=8.85×10^{-12} , text{F/m}$,$mu_0=4π×10^{-7} , text{H/m}$。
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