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Intensität Physik Physikalische GrößeName IntensitätFormelzeichen I displaystyle I Größen undEinheitensystem Einheit Dim

Intensität (Physik)

Die Intensität oder Strahlungsintensität ist in der Physik meist die Flächenleistungsdichte beim Transport von Energie. Der Begriff wird auch für den Betrag der Flächenstromdichte anderer physikalischer Größen verwendet.

Die Bezeichnung wird meist für Wellenphänomene wie elektromagnetische Strahlung oder Schall (Schallintensität) verwendet, aber auch für alle anderen Arten von Transport, z. B. für die Teilchendichte in der Quantenmechanik.

Außerhalb der Physik wird der Begriff in ungenauer Weise auch für „Stärke“, „Kraft“, „Amplitude“, oder „Pegel“ verwendet.

Berechnung Bearbeiten

Die Intensität berechnet sich (in Klammern beispielhafte vereinfachte Formeln für die Energie als betrachtete Größe):

  • für eine gegebene Fläche im Raum: als Quotient aus der (durch diese Fläche) pro Zeit übertragenen Menge der betreffenden Größe und der Größe der Fläche:
mit der Leistung

oder

  • als Produkt aus der volumenbezogenen Dichte (z. B. Energiedichte ) und der Geschwindigkeit des Transports:

Intensität in der Radiometrie und Photometrie Bearbeiten

In der Radio- und Photometrie werden folgende Größen als „Intensität“ („Strahlungsintensität“ bzw. „Lichtintensität“) bezeichnet::

Mit „Intensität“ kann aber – abweichend von der einleitend genannten generellen Definition von „Intensität“ – auch die Leistung in Bezug auf den Raumwinkel gemeint sein (Strahl- und Lichtstärke beschreiben Eigenschaften der Strahlungsquelle; sie sind unabhängig von der Position des Strahlungsempfängers):

  • Strahlstärke: die Leistung elektromagnetischer Strahlung durch Raumwinkel (bei Radiowellen lautet der Begriff „Strahlungsintensität“),
  • Lichtstärke: die Strahlstärke, gewichtet mit dem photometrischen Strahlungsäquivalent.

Im Englischen stehen die Begriffe radiant intensity und luminous intensity für die Strahlstärke bzw. die Lichtstärke. Light intensity hingegen ist mehrdeutig.

Intensität in der Wellenlehre Bearbeiten

Die Intensität elektromagnetischer Strahlung ist der Betrag des zeitlichen Mittels des Poynting-Vektors :

In Medien ohne Dispersion mit der Energiedichte gilt folgender Zusammenhang mit der Gruppengeschwindigkeit :

Bei einer monochromatischen, linear polarisierten elektromagnetischen Welle im Vakuum ist die Intensität:

Dabei ist

Die Intensität ist also proportional zum Quadrat der Amplitude der Welle:

In linearen dielektrischen Medien mit dem Brechungsindex gilt:

Intensität einer Punktquelle Bearbeiten

Veranschaulichung der quadratischen Abnahme mit der Entfernung nach Martin Wagenschein

Strahlt eine Punktquelle die Leistung in drei Dimensionen aus und gibt es keinen Energieverlust, dann fällt die Intensität quadratisch mit dem Abstand vom Objekt ab:

Einfluss eines Mediums Bearbeiten

Wenn das Medium dämpft (absorbiert), verliert die Welle Energie, welche z. B. in Wärmeenergie umgewandelt wird. Nimmt man an, dass die Intensitätsabnahme proportional der am jeweiligen Ort vorhandenen Intensität ist, so ergibt sich analog zum Zerfallsgesetz ein exponentieller Verlauf, das Lambert-Beersche Gesetz:

mit dem Absorptionskoeffizienten , der die Materialeigenschaften des durchquerten Mediums beschreibt.

Mit zunehmender Ausbreitung der Welle im Medium nimmt also deren Intensität exponentiell ab.

Siehe auch Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

Wiktionary: Intensität – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Frank L. Pedrotti: Optik für Ingenieure: Grundlagen; mit 28 Tabellen; Introduction to optics dt. 3. Auflage. Springer, 2005, ISBN 3-540-22813-6.
  2. electropedia, Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch (IEV) der International Electrotechnical Commission: Eintrag 705-02-04 (Bereich Radiowellen) hat die Übersetzung: radiation intensity = „Strahlungsintensität <in einer gegebenen Richtung>“
  3. David J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics. 3rd ed Auflage. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J 1999, ISBN 0-13-805326-X.
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Physikalische GrosseName IntensitatFormelzeichen I displaystyle I Grossen undEinheitensystem Einheit DimensionSI W m 2 kg s 3 M T 3Die Intensitat oder Strahlungsintensitat I displaystyle I ist in der Physik meist die Flachenleistungsdichte beim Transport von Energie Der Begriff wird auch fur den Betrag der Flachenstromdichte anderer physikalischer Grossen verwendet Die Bezeichnung wird meist fur Wellenphanomene wie elektromagnetische Strahlung oder Schall Schallintensitat verwendet aber auch fur alle anderen Arten von Transport z B fur die Teilchendichte in der Quantenmechanik Ausserhalb der Physik wird der Begriff in ungenauer Weise auch fur Starke Kraft Amplitude oder Pegel verwendet Inhaltsverzeichnis 1 Berechnung 2 Intensitat in der Radiometrie und Photometrie 3 Intensitat in der Wellenlehre 4 Intensitat einer Punktquelle 5 Einfluss eines Mediums 6 Siehe auch 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseBerechnung BearbeitenDie Intensitat berechnet sich in Klammern beispielhafte vereinfachte Formeln fur die Energie E displaystyle E nbsp als betrachtete Grosse fur eine gegebene Flache A displaystyle A nbsp im Raum als Quotient aus der durch diese Flache pro Zeit t displaystyle t nbsp ubertragenen Menge der betreffenden Grosse und der Grosse der Flache I d E d t A P A displaystyle I frac frac dE dt A frac P A nbsp dd mit der Leistung P displaystyle P nbsp oder als Produkt aus der volumenbezogenen Dichte z B Energiedichte w displaystyle w nbsp und der Geschwindigkeit v displaystyle v nbsp des Transports I w v d E d V d s d t displaystyle I w cdot v frac dE dV cdot frac ds dt nbsp dd Intensitat in der Radiometrie und Photometrie BearbeitenIn der Radio und Photometrie werden folgende Grossen als Intensitat Strahlungsintensitat bzw Lichtintensitat bezeichnet 1 Bestrahlungsstarke radiometrisch die Leistung elektromagnetischer Strahlung durch Flache durchstromte Flache oder Flache auf die die Strahlung trifft Beleuchtungsstarke photometrisch die Bestrahlungsstarke gewichtet mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges photometrisches Strahlungsaquivalent Mit Intensitat kann aber abweichend von der einleitend genannten generellen Definition von Intensitat auch die Leistung in Bezug auf den Raumwinkel gemeint sein Strahl und Lichtstarke beschreiben Eigenschaften der Strahlungsquelle sie sind unabhangig von der Position des Strahlungsempfangers Strahlstarke die Leistung elektromagnetischer Strahlung durch Raumwinkel bei Radiowellen lautet der Begriff Strahlungsintensitat 2 Lichtstarke die Strahlstarke gewichtet mit dem photometrischen Strahlungsaquivalent Im Englischen stehen die Begriffe radiant intensity und luminous intensity fur die Strahlstarke bzw die Lichtstarke Light intensity hingegen ist mehrdeutig Intensitat in der Wellenlehre BearbeitenDie Intensitat elektromagnetischer Strahlung ist der Betrag des zeitlichen Mittels t displaystyle textstyle langle dots rangle t nbsp des Poynting Vektors S displaystyle textstyle S nbsp I S t displaystyle I langle S rangle t nbsp In Medien ohne Dispersion mit der Energiedichte W displaystyle textstyle W nbsp gilt folgender Zusammenhang mit der Gruppengeschwindigkeit v g r displaystyle textstyle v mathrm gr nbsp I W t v g r displaystyle I langle W rangle t v mathrm gr nbsp Bei einer monochromatischen linear polarisierten elektromagnetischen Welle im Vakuum ist die Intensitat 3 I 1 2 c e 0 E 0 2 1 2 c m 0 B 0 2 1 2 c m 0 H 0 2 displaystyle I frac 1 2 c varepsilon 0 E 0 2 frac 1 2 frac c mu 0 B 0 2 frac 1 2 c mu 0 H 0 2 nbsp Dabei ist c displaystyle c nbsp die Lichtgeschwindigkeit e 0 displaystyle varepsilon 0 nbsp die elektrische Feldkonstante m 0 displaystyle mu 0 nbsp die magnetische Feldkonstante E 0 displaystyle E 0 nbsp die maximale Amplitude elektrische Feldstarke des elektrischen Felds der Welle B 0 displaystyle B 0 nbsp die maximale Amplitude magnetische Flussdichte des magnetischen Felds der Welle H 0 displaystyle H 0 nbsp die maximale magnetische Feldstarke des magnetischen Felds der Welle Die Intensitat ist also proportional zum Quadrat der Amplitude A displaystyle textstyle A nbsp der Welle I A 2 displaystyle I propto A 2 nbsp In linearen dielektrischen Medien mit dem Brechungsindex n displaystyle textstyle n nbsp gilt I 1 2 c n e 0 E 0 2 displaystyle I frac 1 2 c n varepsilon 0 E 0 2 nbsp Intensitat einer Punktquelle Bearbeiten nbsp Veranschaulichung der quadratischen Abnahme mit der Entfernung nach Martin WagenscheinStrahlt eine Punktquelle die Leistung P displaystyle textstyle P nbsp in drei Dimensionen aus und gibt es keinen Energieverlust dann fallt die Intensitat quadratisch mit dem Abstand r displaystyle textstyle r nbsp vom Objekt ab I P 4 p r 2 displaystyle I frac P 4 pi r 2 nbsp Einfluss eines Mediums BearbeitenWenn das Medium dampft absorbiert verliert die Welle Energie welche z B in Warmeenergie umgewandelt wird Nimmt man an dass die Intensitatsabnahme proportional der am jeweiligen Ort r displaystyle r nbsp vorhandenen Intensitat ist so ergibt sich analog zum Zerfallsgesetz ein exponentieller Verlauf das Lambert Beersche Gesetz I r I 0 e m r displaystyle I r I 0 cdot mathrm e mu r nbsp mit dem Absorptionskoeffizienten m displaystyle mu nbsp der die Materialeigenschaften des durchquerten Mediums beschreibt Mit zunehmender Ausbreitung der Welle im Medium nimmt also deren Intensitat exponentiell ab Siehe auch BearbeitenLambert Strahler Optik Kugelstrahler isotroper Strahler Antennentechnik Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Intensitat Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme UbersetzungenEinzelnachweise Bearbeiten Frank L Pedrotti Optik fur Ingenieure Grundlagen mit 28 Tabellen Introduction to optics dt 3 Auflage Springer 2005 ISBN 3 540 22813 6 electropedia Internationales Elektrotechnisches Worterbuch IEV der International Electrotechnical Commission Eintrag 705 02 04 Bereich Radiowellen hat die Ubersetzung radiation intensity Strahlungsintensitat lt in einer gegebenen Richtung gt David J Griffiths Introduction to Electrodynamics 3rd ed Auflage Prentice Hall Upper Saddle River N J 1999 ISBN 0 13 805326 X Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Intensitat Physik amp oldid 232660515