leyes de la radiación Dpto. de Ingeniería Cartográfica Carlos Pinilla Ruiz Ingeniería Técnica en Topografía lección 2 Teledetección

Transcripción

1 lección 2 1

2 sumario 2 Fuentes de radiación. El cuerpo negro. Leyes de la radiación. Terminología radiométrica.

3 fuentes de radiación 3 Energía radiante: es la energía transportada por una onda electromagnética. Radiación: es el fenómeno físico generador de energía. La energía electromagnética no se crea: se genera a partir de la transformación de otras fuentes de energía. Coherencia de la radiación: ancho de banda de la emisión.

4 generación n de la radiación 4 Ondas de radio: generadas mediante osciladores, en los cuales se hacen circular corrientes eléctricas por oscilación periódica de cargas. Microondas: se generan en el interior de tubos electrónicos mediante la interacción de la energía transportada en chorros de electrones con diversos materiales. Ultravioleta (UV), Visible (VIS) e Infrarroja (IR): mismo método o incandescencia de materiales. Energía térmica: debida a la energía cinética de las moléculas.

5 5 Cualquier cuerpo a una cierta temperatura emite radiación en todas las longitudes de onda. El cuerpo negro es un emisor y receptor de energía perfecto. La energía radiante emitida desde el cuerpo negro por unidad de superficie, en la unidad de tiempo y por unidad de intervalo de longitud de onda, tiende a cero para longitudes de onda muy cortas y muy largas, y presenta un sólo máximo a una longitud de onda que depende de la temperatura.

6 el cuerpo negro 6 rayo incidente

7 ley de Stefan-Boltzmann 7 Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética por el hecho de estar a una temperatura distinta de cero. La radiación emitida por unidad de área y por unidad de tiempo es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta: E = σt σ es la constante de Stefan-Boltzmann: 5, w m-2 K-4 4

8 ley de radiación n de Planck 8 Energía radiada en una longitud de onda λ desde un cuerpo negro a una temperatura T: E λ,t 8πhc = 5 λ ( hc kt ) k es la constante de Boltzmann: 1,38054±0, erg K -1. λ 1 h es la constante de Planck (6, J s). e 1

9 ley de desplazamiento de Wien 9 La longitud de onda para la cual es máxima la emisión del cuerpo negro es inversamente proporcional a su temperatura absoluta: λ max ( μm) = 0, 2014 hc kt = 2898 T ( μmk) ( K)

10 ley de desplazamiento de Wien 10 emitancia (w/m mm) K K espectro visible radiación del cuerpo negro a la temperatura del sol K K K 500 K 300 K 200 K 0,2 0, longitud de onda (mm) radiación del cuerpo negro a la temperatura de la Tierra

11 la radiación n del cuerpo negro 11 Temperatura (K) % IR % VIS % UV ,999 7, , ,593 1,406 7, ,393 11,476 0, ,776 55,705 42,661 32,852 25,565 20,154 16,091 26,817 39,166 45,732 47,506 46,210 43,247 39,567 1,407 5,129 11,607 19,641 28,224 36, ,342

12 terminología a radiométrica 12 Energía radiante Q: es la energía transportada por la onda electromagnética. Se mide en Julios (J). Densidad de energía radiante W : es la cantidad de energía por unidad de volumen. Se mide en J m -3. Flujo radiante Φ : W = dq dv Es la energía radiada desde una superficie por unidad de tiempo. Se mide en watios. Φ = dq dt

13 terminología a radiométrica 13 Densidad de flujo radiante: es el flujo radiante interceptado por la unidad de superficie plana. Se mide en w m -2. Irradiancia E es la densidad de flujo radiante cuando penetra en la superficie. Emitancia M es la densidad de flujo cuando sale de la superficie. E,M = dφ da

14 terminología a radiométrica 14 Intensidad radiante I : es el flujo radiante emitido desde una fuente puntual por unidad de ángulo sólido. Se mide en watios/estereorradián (w sr -1 ). r S = r 2 I dφ = d Ω Estereorradián: unidad de medida del ángulo sólido. Es el sustendido por un sector esférico de 1 m 2 de superficie, sobre una esfera de 1 m de radio.

15 terminología a radiométrica 15 Radiancia L : es la intensidad radiante emitida desde una fuente superficial en una determinada dirección por unidad de área proyectada perpendicularmente a esa dirección. Se mide en w sr -1 m -2. L di = cos θ da siendo θ el ángulo formado por la normal a la superficie y la dirección considerada.

16 radiancia 16 normal a la superficie θ Flujo φ Ángulo sólido Ω Superficie proyectada Superficie radiante

17 tipos de superficie por el hábito h reflectivo 17 Superficies lambertianas: aquéllas cuya radiancia no depende de la dirección. Superficies parcialmente lambertianas: aquéllas en las que la radiancia depende de la dirección de emisión. Superficies especulares: emiten solamente en una dirección.

18 un matiz Todos los términos radiométricos anteriores pueden matizarse con el calificativo espectral, reduciendo entonces la magnitud de la variable a la registrada sólo en un determinado intervalo de longitudes de onda. Ejemplo: Flujo espectral entre las longitudes de onda λ 1 y λ 2 : Φ 2 [ λ, λ ] = Φ( λ) dλ 1 2 λ λ 1