En radiometría , la radiancia es el flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido por una superficie dada, por unidad de ángulo sólido por unidad de área proyectada. La radiancia se utiliza para caracterizar la emisión difusa y la reflexión de la radiación electromagnética , y para cuantificar la emisión de neutrinos y otras partículas. La unidad SI de radiancia es el vatio por estereorradián por metro cuadrado ( W·sr −1 ·m −2 ). Es una cantidad direccional : la radiancia de una superficie depende de la dirección desde la que se observa.
La cantidad relacionada, radiancia espectral, es la radiancia de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda , dependiendo de si el espectro se toma en función de la frecuencia o de la longitud de onda.
Históricamente, la radiancia se denominaba "intensidad" y la radiancia espectral se denominaba "intensidad específica". Muchos campos aún utilizan esta nomenclatura. Es especialmente dominante en transferencia de calor , astrofísica y astronomía . "Intensidad" tiene muchos otros significados en física , siendo el más común el de potencia por unidad de área .
La radiancia es útil porque indica qué parte de la potencia emitida, reflejada, transmitida o recibida por una superficie será recibida por un sistema óptico que mire esa superficie desde un ángulo de visión específico. En este caso, el ángulo sólido de interés es el ángulo sólido subtendido por la pupila de entrada del sistema óptico . Dado que el ojo es un sistema óptico, la radiancia y su prima, la luminancia, son buenos indicadores de cuán brillante aparecerá un objeto. Por esta razón, a veces se denomina a la radiancia y la luminancia "brillo". Este uso ahora se desaconseja (consulte el artículo Brillo para obtener una discusión al respecto). El uso no estándar de "brillo" para "radiancia" persiste en algunos campos, en particular en la física láser .
En óptica geométrica, la radiancia dividida por el índice de refracción al cuadrado es invariante . Esto significa que, para un sistema óptico ideal en el aire, la radiancia de salida es la misma que la de entrada. Esto a veces se denomina conservación de la radiancia . En los sistemas ópticos pasivos reales, la radiancia de salida es, como máximo, igual a la de entrada, a menos que cambie el índice de refracción. Por ejemplo, si se forma una imagen demagnificada con una lente, la potencia óptica se concentra en un área más pequeña, por lo que la irradiancia es mayor en la imagen. Sin embargo, la luz en el plano de la imagen llena un ángulo sólido más grande, por lo que la radiancia resulta ser la misma suponiendo que no hay pérdida en la lente.
La radiancia espectral expresa la radiancia en función de la frecuencia o la longitud de onda. La radiancia es la integral de la radiancia espectral sobre todas las frecuencias o longitudes de onda. Para la radiación emitida por la superficie de un cuerpo negro ideal a una temperatura dada, la radiancia espectral está gobernada por la ley de Planck , mientras que la integral de su radiancia, sobre el hemisferio hacia el cual irradia su superficie, está dada por la ley de Stefan-Boltzmann . Su superficie es lambertiana , de modo que su radiancia es uniforme con respecto al ángulo de visión, y es simplemente la integral de Stefan-Boltzmann dividida por π. Este factor se obtiene a partir del ángulo sólido 2π estereorradianes de un hemisferio disminuido por integración sobre el coseno del ángulo cenital .
La radiancia de una superficie , denotada L e,Ω ("e" por "energético", para evitar confusiones con cantidades fotométricas, y "Ω" para indicar que se trata de una cantidad direccional), se define como [1]
dónde
En general, L e,Ω es una función de la dirección de observación, que depende de θ a través de cos θ y del ángulo acimutal a través de ∂Φ e /∂Ω . Para el caso especial de una superficie lambertiana , ∂ 2 Φ e /(∂Ω ∂ A ) es proporcional a cos θ y L e,Ω es isotrópico (independiente de la dirección de observación).
Al calcular la radiancia emitida por una fuente, A se refiere a un área en la superficie de la fuente y Ω al ángulo sólido en el que se emite la luz. Al calcular la radiancia recibida por un detector, A se refiere a un área en la superficie del detector y Ω al ángulo sólido subtendido por la fuente vista desde ese detector. Cuando la radiancia se conserva, como se explicó anteriormente, la radiancia emitida por una fuente es la misma que la recibida por un detector que la observa.
La radiancia espectral en frecuencia de una superficie , denotada L e,Ω,ν , se define como [1]
donde ν es la frecuencia.
La radiancia espectral en longitud de onda de una superficie , denotada L e,Ω,λ , se define como [1]
donde λ es la longitud de onda.
La radiancia de una superficie está relacionada con la étendue por
dónde
A medida que la luz viaja a través de un sistema óptico ideal, tanto la extensión como el flujo radiante se conservan. Por lo tanto, la radiancia básica se define por [2]
También se conserva. En sistemas reales, la étendue puede aumentar (por ejemplo, debido a la dispersión) o el flujo radiante puede disminuir (por ejemplo, debido a la absorción) y, por lo tanto, la radiancia básica puede disminuir. Sin embargo, la étendue puede no disminuir y el flujo radiante puede no aumentar y, por lo tanto, la radiancia básica puede no aumentar.
