輻射能是指電磁波中電場能量和磁場能量的總和，也叫做電磁波的能量。太陽輻射以光速（c=3×10^8米/秒）射向地球，同時它具有微粒和波動這二者的特性。在自然地理系統中，對於輻射能的接受和貯存，都離不開這些特性。如綠色植物進行光合作用，所吸收的能量就是以光量子的形式進行的。正是由於輻射能的這種量子特性，因此量子能量的大小取決於波長和頻率。眾所周知，光有電磁波和量子能量的二套相互矛盾的理論，而現代理論已確認，光是靜止質量為零的電中性的基本粒子，而電中性的基本粒的振動傳播是根本不可能既產生電又形成磁的，那么上述對太陽光所做出的磁電解釋就與後述光量子的解釋，前後矛盾。
基本介紹
- 中文名：輻射能
- 外文名：radiant energy
- 套用學科：物理
- 適用領域範圍：能源領域
概念釋義,定義,波動性,粒子性,度量和單位,相關計算,基本定律,定理,輻射能套用,
概念釋義
太陽以輻射形式不斷向周圍空間釋放能量，這種能量叫做輻射能。太陽輻射能的主要形式是光和熱。
太陽每秒鐘發出的太陽能為3.86×1026焦耳而到達地球的卻只占太陽能的22億分之一。每秒到達地球的太陽能為多少焦耳？1.75×1017焦耳，相當於一年中全球總發電量的86000倍多。
太陽的熱輻射
物體的吸熱本領與物體表面顏色有關：白色物體不易吸收熱輻射， 黑色物體容易吸收太陽熱輻射。
定義
物體以電磁波或粒子的形式射或輸送能量的過程。
波動性
電磁波譜
電磁波按波長不同順序排列，稱為電磁波譜。
λ · ν = 3×108ms-1
粒子性
粒子（量子）的概念：微觀世界的某些物理量不能連續變化而只能以某一最小單位的整數倍發生變化，這些最小單位就稱為該量的量子。
如電子是量子，每個量子的能量為：
E = h · ν
h為普朗克常數，h =6.626×10-34J·s=6.63×10-27爾格·秒
1焦耳（J）=107爾格
度量和單位
輻射通量（F）、輻射通量密度（E）
輻射通量：單位時間通過任意面積上的輻射能量。
單位：J·s-1 或 W 或 (μmol s-1)
輻射通量密度（E）及單位
定義：單位面積上的輻射通量。
單位： J·s-1·m-2或W·m-2或μmol m-2 s-1
輻射通量密度又被稱為輻射強度、輻射能力或放射能力。
光通量及單位
定義：表征輻射通量而產生光感覺的量。
單位：流明（lm）
光通量密度及單位
定義：單位面積上的光通量。
單位：流明/米2（lm·m-2）
照度及單位
定義：單位面積上接受的光通量。
單位： lx，音譯為勒克斯，1 lx=1 lm·m-2
相關計算
物體對輻射的吸收、反射和透射能力，分別以吸收率a、反射率 r 、和透射率 t 來表示。
根據能量守恆原理：
可得出 a + r + t = 1
吸收率(a) ： a=Qa/Q
反射、透射示意圖
反射、透射示意圖反射率(r) ： r=Qr/Q
透射率(d) ： d=Qd/Q
（1）a + r + t = 1 給出了物體的吸收率a、反射率 r 、和透射率 t 之間的定量關係， 而且, 0≤ a ≤1， 0≤ r ≤1， 0≤ t ≤1
（2）不同的物體，其a、 r、 t 各不相同， 它們分別隨物體性質的改變而變化。
（3）同一物質，對不同波長的輻射，其 a、r、 t 也各不相同，這種性質，稱為 物體對輻射的選擇性吸收、反射和透射。
基本定律
定義：a= 1 的物體為黑體，a= const< 1 的物體為灰體。
史蒂芬——波爾茲曼定律
E = σT4
σ = 5.67 × 10-5爾格.厘米-2 .開-4
意義：黑體表面的輻射強度E，與其表面絕對溫度 T的4次方成正比。
λmax= c/T
C=2.898×10-1 厘米·開
意義：物體的溫度愈高，它向外放出輻射光譜中具有最大能量所對應的波長愈短。
物體的溫度愈高，放射能量最大值的波長愈短，隨著物體溫度不斷增高，最大輻射波長由長向短位移。
定理
一個表面所接受的輻射，取決於該表面對著輻射束的方向如何。倘若這一束輻射通量不變，可是它所占據的表面積越來越大時，則隨著表面積的增大，此表面上的輻射通量密度就越來越小了。這可以由蘭勃脫（Lambert）餘弦定理作定量的表達：
Q=Qdcosθ
此處的Qd標誌著當表面垂直於輻射束時的輻射通量密度；而Q代表實際表面上的輻射通量密度；θ則是光線與表面的法線之間的角度。該定律可以用來計算粗略自然地理面中各種坡度時所入射的太陽直接輻射。由於θ的變化十分複雜，因此實際運用時，還必須作更為複雜的推導。
進入自然地理面的太陽輻射能，由兩部分組成一個是上述的直接輻射，另一部分則是散射輻射。它們各自的測定方法與計算方法已如上述，都是比較成熟的，但仍要針對各種不同的地形、高度、下墊面狀況、不同天氣條件等加以具體化。
平行的單色的輻射在通過一個均勻介質時將要發生衰減，這可由下邊的公式來描述：
Q=Q0e-kx
Q0在此代表未衰減時的輻射通量密度；X為輻射束在介質中走過的路徑；K為介質的消弱係數。這個定律，經過不同形式的變換，用來表達輻射能通過大氣時的衰減，也用來表達在通過植物冠叢和水體時的輻射衰減狀況。
地表面十分近似於一個“黑體”，因此它也具有類似於黑體發射時那樣的規律。知道這種特性，對於了解自然地理系統中的能量轉換，對於遙感技術的套用，是至為必要的。一個黑體的單位面積上所發射的輻射能，是由斯特藩-波爾茲曼定律來描述的，即
QB=σT4
此處的QB為理想黑體所發射的能量，T是用開氏溫標表達時的絕對溫度數值；σ為斯特藩-波爾茲曼常數，可以用已經制定好的表，查出在不同溫度T時QB的數值。地球表面的平均溫度大致為15℃，（按絕對溫度計是288°K），它發射的平均能量為390瓦/平方米；而太陽表面的發射相當於黑體在5727℃，（按絕對溫度計是6000°K）時的狀況，因而它所發射的能量為每平方米7.3×107瓦。至於非黑體所發射的能量可按下式去計算：
Q=∈σT4
Q代表該物體所發射的能量；∈為該物體的表面發射率（對於黑體來說，∈=1，而一切非黑體的發射率均小於1）。絕大多數自然表面的長波發射率都介於0.90—0.98之間。
輻射能套用
植物的光合作用
光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是指含有葉綠體綠色植物和某些細菌，在可見光的照射下，經過光反應和碳反應（舊稱暗反應），利用光合色素，將二氧化碳（或硫化氫）和水轉化為有機物，並釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。同時也有將光能轉變為有機物中化學能的能量轉化過程。
光合作用是一系列複雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳-氧平衡的重要媒介。光合作用可分為產氧光合作用（oxygenic photosynthesis）和不產氧光合作用（anoxygenic photosynthesis）。是綠色植物、和某些細菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為有機物（主要是澱粉），並釋放出氧氣的生化過程。對於生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是他們賴以生存的關鍵，而地球上的碳氧循環，光合作用是必不可少的。
太陽能光伏發電
光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構成。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。
太陽能熱水器
其他領域
還可用於膛火焰圖像處理、紡織染整工業、粒子加速器、熱處理生產、輻射探測等生產活動中。
