Flux énergétique

Flux énergétique

Le flux énergétique intègre l'ensemble du rayonnement électromagnétique émis ou reçu en un point. Pas uniquement ce qui est visible.

En radiométrie, le flux énergétique ou la puissance rayonnée est la mesure de la puissance totale d'un rayonnement électromagnétique (y compris l'infrarouge, l'ultraviolet et le visible) émise par une source ou reçue par une surface particulière, ou simplement transitant en un point de l'espace.

Pour un système physique, le flux énergétique reçu est l'intégrale de l'exitance sur toute la surface rayonnante ; tandis que le flux énergétique émis est l'intégrale de la luminance énergétique sur la même surface.

La distribution en fréquence de ce flux est la densité spectrale de puissance. Sa distribution angulaire est l'intensité énergétique. L'équivalent du flux énergétique dans le domaine visible est le flux lumineux. Dans le domaine des rayonnements ionisants, la grandeur correspondante est le débit de dose.

Unités

L'unité SI du flux énergétique est le watt (W). Une puissance peut être exprimée en termes d'énergie par unité de temps, soit, toujours en unités SI, en joule par seconde (J·s⁻¹ ou J/s).

Le flux énergétique est noté $\Phi _{\mathrm {e} }$ : les organismes de normalisation recommandent en effet d'utiliser l'indice e pour dénoter les grandeurs « énergétiques » (en radiométrie), afin de les distinguer des grandeurs correspondantes en photométrie

Mesure

La mesure directe du flux énergétique n'est pas une opérations simple, la mesure devant porter à la fois sur toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique, et sur toute sa distribution angulaire.

Si le flux énergétique est constant, il peut éventuellement être mesuré par calorimétrie, en réduisant l'énergie électromagnétique en chaleur.

Une mesure directe de tout ou partie de l'intensité énergétique peut être faite avec un radiomètre, ou par un spectroradiomètre.

Relation avec le vecteur de Poynting

Le flux énergétique caractérise la manière dont l'énergie électromagnétique est transférée en un point donné. On montre que le flux énergétique traversant une surface est l'intégrale de surface du vecteur de Poynting sur cette surface :

$\Phi _{\mathrm {e} }=\iint _{\Sigma }{\overrightarrow {\Pi }}\cdot {\overrightarrow {\mathrm {d} S}}=\iint _{\Sigma }|\mathbf {\Pi } |\cos \alpha \,\mathrm {d} S,$

Où :

• Σ est la surface ;
• Π est le vecteur de Poynting ;
• n est un vecteur unitaire perpendiculaire à cet élément de surface ;
• S est l'aire totale de la surface ;
• α est l'angle entre dS et Π.

Cependant, c'est la moyenne temporelle du vecteur de Poynting qui est utilisée en radiométrie, parce que c'est la seule quantité qu'un détecteur de radiation est capable de mesurer :

$\Phi _{\mathrm {e} }=\iint _{\Sigma }\langle |{\vec {\Pi }}|\rangle \cos \alpha \,\mathrm {d} S,$

Où < • > est la moyenne temporelle.

Notes et références

• (en) Robert Boyd, Radiometry and the Detection of Optical Radiation (Pure & Applied Optics Series), Wiley-Interscience, 1983 (ISBN 978-0-471-86188-1, lire en ligne)

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Radiant flux » (voir la liste des auteurs).

Articles connexes

• Flux lumineux
• Puissance (physique)
• Radiosité (physique)
• Densité spectrale de puissance