
【化】 radiant energy density
【醫】 radiant energy
density; thickness
【化】 density
【醫】 density
輻射能密度(radiant energy density)是物理學中描述電磁輻射能量分布的核心概念,指單位體積空間内存儲的輻射能量值。根據熱力學與電磁學理論,其定義為特定頻率範圍内電磁波攜帶的能量與該頻率間隔及體積的比值。
該物理量的數學表達式為: $$ u( u, T) = frac{8pi h u}{c} frac{1}{e^{h u/(k_B T)} - 1} $$ 式中$h$為普朗克常數,$k_B$為玻爾茲曼常數,$c$為光速,$T$為熱力學溫度。該公式源自黑體輻射的普朗克定律,反映了能量量子化特性。
在工程應用中,輻射能密度具有以下特征:
《朗道理論物理學教程·統計物理學》第五章明确指出,輻射能密度是平衡态統計力學研究電磁輻射能量分布的關鍵參數。美國國家标準與技術研究院(NIST)的輻射度量學術語标準中,将該量列為基本輻射度量學量之一。
輻射能密度是描述電磁輻射能量在空間分布的重要物理量,其核心定義和解釋如下:
輻射能密度指單位體積内包含的電磁輻射能量總和,單位為焦耳/立方米(J/m³)。根據電磁波特性,它包含電場和磁場的能量貢獻。
總輻射能密度
表示單位體積内所有頻率的輻射能總和,計算公式為:
$$
w = frac{1}{2}(varepsilon E + frac{1}{mu}B)
$$
其中$varepsilon$為介電常數,$E$為電場強度,$mu$為磁導率,$B$為磁感應強度。
單色輻射能密度
描述特定頻率範圍内的能量分布,定義為:
$$
u_
u = frac{dw}{d
u}
$$
即單位體積内單位頻率間隔的輻射能。
該概念在輻射轉移理論中尤為重要,用于分析天體輻射通過介質時的能量變化,涉及輻射與物質的吸收、發射相互作用。
注:相關公式中$varepsilon$和$mu$的取值與介質性質相關,真空條件下$varepsilon_0=8.85×10^{-12} , text{F/m}$,$mu_0=4π×10^{-7} , text{H/m}$。
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