İçeriğe atla

Spektral akı yoğunluğu

Spektroskopi’de spektral akı yoğunluğu, gerçek ya da sanal bir yüzeyde elektromanyetik radyasyon ile enerjinin değişim oranını yüzey alan ve dalga boyu başına tanımlayan bir değerdir.

Spektral akı yoğunluğu radyometrik bir ölçümdür. Bunun diğer ölçümlerden farkı ışığa elektromanyetik alan veya foton ile özelliklendirmesidir. W m−2 nm−1 (1 W m−2 nm−1 = 1 GW m−3 = 1 W mm−3) veya W m−2 μm−1 (1 W m−2 μm−1 = 1 MW m−3) gibi birimler daha kullanışlı olmasına rağmen Uluslararası ölçüm birimi W·m−2·Hz−1 dir. Yanski(Jansky) veya solar akı birimi olarak okunur. Parlama, radyant varlığı, radyant ışıma miktarı, ışınsallık gibi terimler spektral akı yoğunluğuyla çok yakından ilgilidir.

Spektral akı yoğunluğunu tanımlamak için kullanılan terimler farklılık gösterebilir. Bazen yoğunluk kelimesi kullanılmaz.

Uygulamaların içerikleri :

  • (Belli bir noktadan ölçülen örneğin Dünya’da) Teleskop yardımıyla çözümlenememiş uzak mesafeli yıldız kaynaklarını tanımlama,
  • Doğal elektromanyetik ışınımsal alanlarda bir noktanın tanımlanması. uzak mesafede(ışık yılı ile tanımlanan) bulunan küre veya yarım kürenin tümünden bir alet yardımıyla radyasyon toplanıp hesaplanması,
  • Yapay hizalanmış elektromanyetik ışınım demetlerinin tanımlanması.

Tanımlanamayan Bir Nokta Kaynağından Alınan Akı Yoğunluğu

Tanımlanamayan bir nokta kaynağından alınan akı yoğunluğu, ölçüm aleti(genellikle teleskobik)nin kaynağın detaylarını çözümleyememesinden dolayı meydana gelmektedir. Göğün yüzeyindeki nokta kaynağının optiksel olarak yeterli bir şekilde çözümlenebilmesi için nokta kaynağında gelen radyasyonlar kaydedilir. Böylece diğer noktasal kaynaklardan kaynaklanabilecek sapma ve hatalar önlenmiş olacaktır. Bu durumda spektral akı yoğunluğu, gerçek ya da sanal bir yüzeyde elektromanyetik radyasyon ile enerjinin değişim oranını yüzey alan ve dalga boyu başına tanımlayan bir değerdir.

Verilen herhangi bir dalga boyunda λ ve spektral akı yoğunluğunda Fλ aşağıda verilen prosedürler izlenir:

  • Kesit alanı 1 metre kare dedektör doğrudan radyasyona doğru çevrilir.
  • Bant genişliği dar olan bir filtre dedektörün önüne yerleştirilir ve böylece sadece dalgaboyu dar olan noktaların geçişine izin verilecek.
  • Elektromanyetik enerjinin oranı dedektör tarafından hesaplanacak.
  • Bu ölçülen oran Δλ ye bölünecek ve böylece birim dalga boyu aralığında metrekare başına tespit edilen güç elde edilinebilecektir.

Spektral akı yoğunluğu genellikle y-ekseninde ışık kaynağının(örneğin yıldızlar) spektrumu(tayf)nu belirtir.

Ölçülen Noktadaki Işıksal Bölgenin Akı Yoğunluğu

Elektromanyetik ışıksal bölgede ölçülen noktadaki spektral akı yoğunluğunun tanımına iki farklı yaklaşım türü vardır. Uygunluğundan dolayı biri vektör yaklaşımı, diğeri ise skaler(yönsüz) yaklaşımdır. Vektör tanımı spektral noktadaki ışıksal noktanın(belirli ışınım yoğunluğu ya da belirli yoğunluk olarak bilinir) tam küresel integraline denk gelmektedir. Skaler tanım ise bu noktadaki mümkün olan spektral ışınımın(belirli yoğunluk) birçok muhtemel yarım küresel integralidir. Görünüşe göre vektör tanımı fiziğin teorik ışınım inceleme alanında oldukça tercih edildiği görülüyor. Skaler tanım ise daha çok pratik uygulamalar için tercih ediliyor.

Akı Yoğunluğunun Vektör Tanımı –‘Tam Küresel Akı Yoğunluğu’-

Vektör yaklaşımı akı yoğunluğunu izlenimci tarafından belirlenmiş uzaydaki bir noktada ve zaman olarak tanımlar. Bu yaklaşımı ayırt etmek için tam küresel akı yoğunluğundan söz etmek gerekir. Bu durumda doğa gözlemciye belirlenen noktanın değerini, yönünü ve akı yoğunluğunu hissetmemizi sağlar. Akı yoğunluk vektörü için :

where formülünü kullanabiliriz. noktasında, zamanda, frekanstaki spektral ışınımı verir. , noktasındaki merkezin uygun bir birim vektörünü belirtir. , çevresinde bir katı açı unsuru belirtir. ise kürenin bütün katı açıları boyunca olan entegrasyonunu belirtir.

Matematiksel olarak tam kürenin katı açıları boyuncaki ağırlıksız bir integral olarak tanımlanır. Akı yoğunluğu, spektral ışınımın(ya da belirli bir yoğunluğun) katı açıya göre ilk anıdır. İstenilen noktadaki spektral ışınımın tam küresel ölçüm yapmak pek de yaygın bir uygulama değildir. Çünkü bu belirli matematiksel küresel integrasyon kesin tanım için gereklidir. yine de konsepti, ışınım dönüşümü teorik analizinde kullanılır.

Yukarıda belirtildiği gibi, eğer akı yoğunluk vektörünün yönü simetri sayesinde veriliyorsa yani ışınım alanı düz ve düz katmanlı ise vektör akı yoğunluğu net akı olarak hesaplanabilir. Bilinen yönde cebirsel toplama ile iki zıt hissedilen skaler değerleri katmanlara dik olmasıyla net akı hesaplanır.

Uzayda verilen sabit alandaki bir nokta, vektör akı yoğunluğu, radyometrik değerler elektromanyetik bir değer olan Ponyting vektörüne eşit olur.

Tanıma vektör yaklaşımında belirli başka alt tanımlamalar vardır. Bazen gözlemci sadece belirli bir yönde ilgilenir. Örneğin dikey yön ile gezegensel ya da yıldızsal bölge kastedilir. Çünkü atmosfer her yatay yön için aynı kabul edilir. Böylece akının sadece dikey bileşeniyle ilgilenilir. Akının yatay bileşenleri simetriyle birbirlerini yok ettiği(ihmal ettiği) varsayılır. Sonuçta sadece akının dikey bileşeni 0 değerinden farklı olur. Bu durumda, bazı astrofizikçiler akının dikey bileşeni olan astrofiziksel akıyı(yoğunluğu)4π(pi)sayısına bölerler. Bazen astrofizikçiler akının dikey bileşenini 4π ye bölerler ve bunun için Eddington akısını kullanırlar.

Akı Yoğunluğunun Skaler Tanımı -‘Yarım Küre Akı Yoğunluğu’-

Skaler yaklaşım, akı yoğunluğunu bir yönün skaler değerli fonksiyonu olarak ve uzaydaki algı gözlemci tarafından gözlemcinin belirlediği bir nokta olarak tanımlanır. Bazen bu yaklaşım yarım küre akısı terimi kullanılarak belirlenir. Örneğin bir termal radyasyon gözlemcisi, atmosferde bulunan maddelerden yayılarak Dünya’nın yüzeyine ulaşan bu maddelerin dikey yöndekiler ve aşağı yönlü hissi uyandıranlarla ilgilenir. Bu gözlemci belirtilen noktayı çevreleyen yatay düzlemde bir birim alan düşünür. Gözlemci atmosferden her yöne yayılan, aşağı doğru iniyor hissi veren radyasyonun birim alan ile toplam gücünü bulmak ister. Skaler akı yoğunluğu için yön ve algı belirtilir. Bunu şu şekilde tanımlayabiliriz:

Yukarıdaki notasyon ile : integrasyonun sadece belirlenin yarımküre katı açıları boyunca genişlediğini belirtir ve , belirlenen yön ile arasındaki açıyı belirler. terimi Lambert Yasa’sının belirlenmesi için gereklidir.

Kaynakça

1. ↑ Green, S.F., Jones, M.H., Burnell, S.J. (2004). An Introduction to the Sun and Stars, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 0-521-83737-5, page 21.

2. ↑ Goody, R.M., Yung, Y.L. (1989). Atmospheric Radiation: Theoretical Basis, 2nd edition, Oxford University Press, Oxford, New York, 1989, ISBN 0-19-505134-3, pages 16–17.

3. ↑ Chandrasekhar, S. (1950). Radiative Transfer, Oxford University Press, Oxford, pages 2–3.

4. 1 2 3 4 Mihalas, D. (1978). Stellar Atmospheres, 2nd edition, Freeman, San Francisco, ISBN 0-7167-0359-9, pages 9–11.

5. 1 2 3 Mihalas, D., Weibel-Mihalas, B. (1984). Foundations of Radiation Hydrodynamics, Oxford University Press, New York, ISBN 0-19-503437-6., pages 313-314.

6. ↑ Cox, J.P. with Giuli, R.T (1968/1984). Principles of Stellar Structure, Gordon and Breach, ISBN 0-677-01950-5, volume 1, pages 33–35.

7. 1 2 3 Mandel, L., Wolf, E. (1995). Optical coherence and quantum optics, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 0-521-41711-2, pages 287-288.

8. 1 2 Jackson, J.D. (1999). Classical Electrodynamics, third edition, Wiley, New York, ISBN 0-471-30932-X, page 259.

9. ↑ Paltridge, G.W. (1970). Day-time long-wave radiation from the sky, Q.J.R. Meteorol. Soc., 96: 645-653.

10. ↑ Bohren, C.F., Clothiaux, E.E. (2006). Fundamentals of Atmospheric Radiation, Wiley-VCH, Weinheim, ISBN 3-527-40503-8, pages 206-208.

11. ↑ Liou, K.N. (2002). An Introduction to Atmospheric Radiation, 2nd edition, Academic Press, Amsterdam, ISBN 978-0-12-451451-5, page 5.

12. ↑ Wallace, J.M., Hobbs, P.V. (2006). Atmospheric Science: An Introductory Survey, second edition, Elsevier, Amsterdam, ISBN 978-0-12-732951-2, page 115.

13. ↑ Paltridge, G.W. Platt, S.M.R. (1976). Radiative processes in Meteorology and Climatology, Elsevier, Amsterdam, ISBN 0-444-41444-4, pages 35– 37.

14. ↑ Kondratyev, K.Y. (1969). Radiation in the Atmosphere, Academic Press, New York, pages 12–14.

15. ↑ Born, M., Wolf, E. (2003). Principles of Optics. The electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light, seventh edition, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 0-521-64222-1, page 195.

16. ↑ Planck, M., (1914). The Theory of Heat Radiation, second edition, translated by M. Masius, P. Blakiston's Son & Co. Philadelphia, Section 16, page 14.

17. ↑ Mandel, L., Wolf, E. (1995). Optical coherence and quantum optics, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 0-521-41711-2, page 267.

18. ↑ Hapke, B. (1993). Theory of Reflectance and Emittance Spectroscopy, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 0-521-30789-9, see pages 12 and 64.

19. ↑ Born, M., Wolf, E. (2003). Principles of Optics. The electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light, seventh edition, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 0-521-64222-1, page 10.

20. ↑ Loudon, R. (2004). The Quantum Theory of Light, third edition, Oxford University Press, Oxford, ISBN 0-19-850177-3, page 174.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Maxwell denklemleri</span>

Maxwell denklemleri Lorentz kuvveti yasası ile birlikte klasik elektrodinamik, klasik optik ve elektrik devrelerine kaynak oluşturan bir dizi kısmi türevli (diferansiyel) denklemlerden oluşur. Bu alanlar modern elektrik ve haberleşme teknolojilerinin temelini oluşturmaktadır. Maxwell denklemleri elektrik ve manyetik alanların birbirileri, yükler ve akımlar tarafından nasıl değiştirildiği ve üretildiğini açıklamaktadır. Bu denklemler sonra İskoç fizikçi ve matematikçi olan ve 1861-1862 yıllarında bu denklemlerin ilk biçimini yayımlayan James Clerk Maxwell' in ismi ile adlandırılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Kinetik enerji</span> bir cismin harekiyle oluşan enerji

Kinetik enerji, fiziksel bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjidir.

<span class="mw-page-title-main">Açısal momentum</span> Fiziksel nicelik

Açısal momentum, herhangi bir cismin dönüş hareketine devam etme isteğinin bir göstergesidir ve bu nicelik cismin kütlesine, şekline ve hızına bağlıdır. Açısal momentum bir vektör birimidir ve cismin belirli eksenler üzerinde sahip olduğu dönüş eylemsizliği ile dönüş hızını ifade eder.

<span class="mw-page-title-main">İş (fizik)</span>

Fizikte, bir kuvvet bir cisim üzerine etki ettiğinde ve kuvvetin uygulama yönünde konum değişikliği olduğunda iş yaptığı söylenir. Örneğin, bir valizi yerden kaldırdığınızda, valiz üzerine yapılan iş kaldırıldığı yükseklik süresince ağırlığını kaldırmak için aldığı kuvvettir.

Lorentz kuvveti, fizikte, özellikle elektromanyetizmada, elektromanyetik alanların noktasal yük üzerinde oluşturduğu elektrik ve manyetik kuvvetlerin bileşkesidir. Eğer q yük içeren bir parçacık bir elektriksel E ve B manyetik alanın var olduğu bir ortamda v hızında ilerliyor ise bir kuvvet hissedecektir. Oluşturulan herhangi bir kuvvet için, bir de reaktif kuvvet vardır. Manyetik alan için reaktif kuvvet anlamlı olmayabilir, fakat her durumda dikkate alınmalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Tork</span> bir kuvvetin nesnenin ekseninde, dayanak noktasında ya da çevresinde dönme eğilimi

Tork, kuvvet momenti ya da dönme momenti, bir cismin bir eksen etrafındaki dönme, bükülme veya burulma eğilimini dönme ekseni merkezine indirgeyerek ölçen fiziksel büyüklüktür. Torkun büyüklüğü moment kolu uzunluğuna, uygulanan kuvvete ve moment kolu ile kuvvet vektörü arasındaki açıya bağlıdır.

Açısal hız, bir objenin birim zamandaki açısal olarak yer değiştirme miktarına verilen isimdir. Açısal hız vektörel olup bir cismin bir eksen üzerindeki dönüş yönünü ve hızını verir. Açısal hızın SI birimi radyan/saniyedir, ancak başka birimlerde de ölçülebilir. Açısal hız genellikle omega sembolü ile gösterilir. Açısal hızın yönü genellikle dönüş düzlemine diktir ve sağ el kuralı ile bulunabilir.

<span class="mw-page-title-main">Klasik elektromanyetizma</span>

Klasik elektromanyetizm, klasik elektromıknatıslık ya da klasik elektrodinamik teorik fiziğin elektrik akımı ve elektriksel yükler arasındaki kuvvetlerin sonuçlarını inceleyen dalıdır. kuantum mekaniksel etkilerin ihmal edilebilir derecede küçük olmasını sağlayacak kadar büyük ölçütlü sistemler için elektromanyetik fenomenlerin mükemmel bir açıklamasını sunar.

Elektromanyetik dalga denklemi, elektromanyetik dalgaların bir ortam boyunca ya da bir vakum ortamı içerisinde yayılmasını açıklayan, ikinci dereceden bir kısmi diferansiyel denklemdir. Denklemin, ya elektrik alanı E ya da manyetik alan B cinsinden yazılan homojen formu şöyledir:

Foton polarizasyonu klasik polarize sinüsoidal düzlem elektromanyetik dalgasının kuantum mekaniksel açıklamasıdır. Bireysel foton özdurumları ya sağ ya da sol dairesel polarizasyona sahiptir. Süperpozisyon özdurumu içinde olan bir foton lineer, dairesel veya eliptik polarizasyona sahip olabilir.

Dalga vektörü, fizikte dalgayı ifade etmemize yardımcı olan vektördür. Herhangi bir vektör gibi, yöne ve büyüklüğe sahiptir. Büyüklüğü dalga sayısı ve açısal dalga sayısıdır. Yönü ise genellikle dalga yayılımının yönüdür. İzafiyet kuramında, dalga vektörü, aynı zamanda dört vektör olarak tanımlanabilir.

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetizmanın eşdeğişim formülasyonu</span>

Klasik manyetizmanın eşdeğişimli formülasyonu klasik elektromanyetizma kanunlarının(özellikle de, Maxwell denklemlerini ve Lorentz kuvvetinin) Lorentz dönüşümlerine göre açıkça varyanslarının olmadığı, rektilineer eylemsiz koordinat sistemleri kullanılarak özel görelilik disiplini çerçevesinde yazılma sekillerini ima eder. Bu ifadeler hem klasik elektromanyetizma kanunlarının herhangi bir eylemsiz koordinat sisteminde aynı formu aldıklarını kanıtlamakta kolaylık sağlar hem de alanların ve kuvvetlerin bir referans sisteminden başka bir referans sistemine uyarlanması için bir yol sağlar. Bununla birlikte, bu Maxwell denklemlerinin uzay ve zamanda bükülmesi ya da rektilineer olmayan koordinat sistemleri kadar genel değildir.

<span class="mw-page-title-main">Grup hızı</span> dalga şiddetinin genel şekli ile boşlukta yayılan hızı

Bir dalganın grup hızı, dalga şiddetinin genel şekli ile boşlukta yayılan hızıdır. Örneğin, bir taşın, durgun bir su birikintisinin ortasına atıldığında ne olabileceğini düşünelim. Taş suyun yüzeyine geldiği anda, o bölgede dairesel dalgalanmalar meydana gelir. Kısa bir süre içinde, hareketsiz bir merkezden yayılan bu dalgalar dairesel halkalara dönüşür. Giderek genişleyen bu dairesel halkalar, farklı hızlarda yayılan ve farklı dalga boylarına sahip daha küçük dalgaları kendi içerisinde birbirinden ayırabilen bir dalga grubudur. Uzun dalgalar, tüm gruba kıyasla daha hızlı yol alabilirken; sona doğru yaklaştıkça kaybolurlar. Kısa dalgalar ise daha yavaş yol alırlar ve bir önceki dalga sınırına ulaştıklarında yok olurlar.

Matematiksel fizikte, hareket denklemleri, fiziksel sistemin hareket sürecindeki davranışını, zamanın bir fonksiyonu olarak tanımlar. Daha detaya girmek gerekirse; hareket denklemleri, fiziksel sistemin davranışını devinimsel değişkenler üzerinde tanımlanmış bir matematiksel fonksiyon takımı olarak izah eder. Bu değişkenler genellikle uzay koordinatları ve zamandan ibarettir, ama gerektiğinde momentum bileşenleri de kullanılır. En yaygın değişken seçeneği, fiziksel sistemin özelliklerini uygun şekilde tanımlayan değişkenlerden oluşan genelleştirilmiş koordinatlardır. Klasik mekanikte bu fonksiyonlar öklid uzayında tanımlanmıştır ama görelilikte eğilmiş uzay üzerindeki fonksiyon daha uygundur. Eğer sistemin dinamikleri biliniyor ise, bu fonksiyonları tanımlayan denklemler dinamiğin hareketini izah eden diferansiyel denklemlerin çözümleri olacaktır.

<span class="mw-page-title-main">Stres-enerji tensörü</span>

Stres-enerji tensörü, fizikte uzayzaman içerisinde enerji ve momentumun özkütle ve akısını açıklayan, Newton fiziğindeki stres tensörünü genelleyen bir tensördür. Bu, maddedinin, radyasyonun ve kütleçekimsel olmayan kuvvet alanının bir özelliğidir. Stres-enerji tensörü, genel göreliliğin Einstein alan denklemlerindeki yerçekimi alanının kaynağıdır, tıpkı kütle özkütlesinin Newton yerçekiminde bu tip bir alanın kaynağı olması gibi.

<span class="mw-page-title-main">Planck yasası</span> belirli bir sıcaklıkta termal denge durumunda bulunan bir kara cisim ışımasının yaydığı elektromanyetik radyasyonu ifade eden terim

Planck yasası belirli bir sıcaklıkta termal denge durumunda bulunan bir kara cisim ışımasının yaydığı elektromanyetik radyasyonu ifade eder. Yasa 1900 yılında Max Planck bu ismi önerdikten sonra isimlendirilmiştir. Planck yasası modern fiziğin ve kuantum teorisinin öncül bir sonucudur.

<span class="mw-page-title-main">Sürekli ortamlar mekaniği</span>

Sürekli ortamlar mekaniği, ayrı parçacıklar yerine tam bir kütle olarak modellenen maddelerin mekanik davranışları ve kinematiğin analizi ile ilgilenen mekaniğin bir dalıdır. Fransız matematikçi Augustin-Louis Cauchy, 19. yüzyılda bu modelleri formüle dökmüştür, fakat bu alandaki araştırmalar günümüzde devam etmektedir. 

<span class="mw-page-title-main">Spektral yoğunluk</span>

Güç spektrumunun zaman serileri bu sinyale sebep olan frekans bileşenlerinin dağılımını tanımlar. Fourier analizine göre herhangi bir fiziksel sinyal, farklı frekanslara ayrışabilir ya da devamlı bir sıra boyunca frekans spektrumlarına dönüşebilir. Belirli bir sinyal veya herhangi bir sinyal çeşitlerinin istatistiksel ortalaması içerdiği frekans bileşenlerine göre analiz edilir.Buna da spektrum denir.

Diferansiyel kalkülüste, Reynolds transport teoremi, Leibniz–Reynolds transport teoremi veya kısaca Reynolds teoremi, integralin türevi olarak da bilinen Leibniz integral kuralının genelleştirilmiş üç boyutlu hâli. Teorem ismini Osborne Reynolds'dan alır. Sürekli ortamlar mekaniğinin temel denklemlerini daha kullanışlı hâle getirir.

<span class="mw-page-title-main">Radyatif transfer</span>

Radyatif transfer elektromanyetik radyasyon formunda fiziksel bir enerji transferi olayıdır. Radyasyon bir ortam boyunca yayılırken absorbsiyon, emisyon ve saçılma işlemlerinden etkilenir. Işınım Taşınım Denklemi bu etkileşimleri matematiksel olarak tanımlar. Radyatif Transfer Denklemi optik, astrofizik, atmosfer bilimi ve uzaktan algılama gibi çok çeşitli konularda uygulanmaktadır. Radyatif Transfer Denkleminin (RTD) analitik çözümleri basit durumlar için mevcuttur, ancak daha gerçekçi ortamlar için karmaşık çoklu saçılma parametreleri ile sayısal yöntemler gereklidir. Bu makale büyük ölçüde radyasyon dengesinin durumuna odaklanmıştır.