Intensidad (física)

En la física, la intensidad es la potencia transferida por unidad de área, en donde el área es el plano perpendicular en la dirección de propagación de la energía.^[1] En el sistema SI, tiene unidades de vatios por metro cuadrado (W/m²). Se usa más frecuentemente con ondas (por ejemplo, el sonido o la luz), en cuyo caso el promedio de transferencia de potencia transfiere más de un período de la onda. La intensidad puede ser aplicada a otras circunstancias en las que se transfiere la energía. Por ejemplo, se puede calcular la intensidad de la energía cinética llevado por las gotas de agua de un aspersor de jardín.

La palabra "intensidad" como se usa en este caso no es sinónimo de "fuerza", "amplitud", "magnitud", o "nivel", como sucede a veces en el lenguaje coloquial.

La intensidad puede ser encontrada tomando la densidad de energía (energía por unidad de volumen) en un punto en el espacio y multiplicandola por la velocidad a la que la energía se está moviendo.

Descripción matemática

Si un punto de origen es el que irradia energía en todas las direcciones (la producción de una onda esférica), y la energía no es absorbida o dispersada por el medio, entonces la intensidad disminuye en proporción a la distancia del objeto al cuadrado. Este es un ejemplo de la ley inversa del cuadrado

Aplicando la ley de conservación de la energía, si la energía neta que emana es constante, entonces:

P=\int \mathbf {I} \,\cdot \mathrm {d} \mathbf {A}

,

donde P es la potencia neta radiada, I es la intensidad como una función de la posición, y dA es un elemento diferencial de una superficie cerrada que contiene la fuente.

Si se integra sobre una superficie uniforme de intensidad I, por ejemplo a través de una esfera centrada en torno al punto de origen, la ecuación se convierte en

P=|I|\cdot A_{\mathrm {surf} }=|I|\cdot 4\pi r^{2}\,

,

donde I es la intensidad en la superficie de la esfera, y r es el radio de la esfera. ( es la expresión para el área de la superficie de una esfera).

La solución para I da entonces:

|I|={\frac {P}{A_{\mathrm {surf} }}}={\frac {P}{4\pi r^{2}}}

.

Si el medio es amortiguado, a continuación, la intensidad disminuye más rápidamente de lo que la ecuación del gráfico citado sugiere.

Cualquier cosa que pueda transmitir energía puede tener una intensidad asociados con él. Para un monocromático de onda que se propaga, como una onda plana o un haz Gaussiano, si E es la amplitud compleja del campo eléctrico, entonces el tiempo promedio de la densidad de energía de la onda está dada por:

\left\langle U\right\rangle ={\frac {n^{2}\epsilon _{0}}{2}}|E|^{2}

,

y la intensidad local se obtiene multiplicando esta expresión por la velocidad de la onda, c/n:

I={\frac {\mathrm {c} n\epsilon _{0}}{2}}|E|^{2}

,

donde n es el índice de refracción, c es la velocidad de la luz en el vacío y es el vacío de la permitividad.

Para las olas no monocromáticas, la intensidad de las contribuciones de los diferentes componentes espectrales simplemente puede ser añadido. El tratamiento anterior no se mantiene arbitrariamente en los campos electromagnéticos. Por ejemplo, una onda evanescente puede tener un número finito de amplitud eléctrica, mientras que no es la transferencia de energía. La intensidad debe ser definida como la magnitud del vector de Poynting.^[2]

Definiciones alternativas de la "intensidad"

En fotometría y radiométrica intensidad tiene un significado diferente: es la luminosa o energía radiante por unidad de ángulo sólido. Esto puede causar confusión en la óptica, donde la intensidad puede significar: intensidad radiante, la intensidad luminosa o la irradiancia. Radiancia es también llamado a veces intensidad, sobre todo por los astrónomos y astrofísicos, y en la transferencia de calor.

Véase también

**Unidades de fotometría del Sistema Internacional**
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Magnitud	Símbolo	Unidad	Símbolo	Notas
Energía lumínica	Q_v	lumen segundo	lm·s	A veces se usa la denominación talbot, ajena al Sistema Internacional.
Flujo luminoso	Φ_v, F	lumen (= cd·sr)	lm	Medida de la potencia luminosa.
Intensidad luminosa	I_v	candela (= lm/sr)	cd	Es una medida de la intensidad luminosa.
Luminancia	L_v	candela por metro cuadrado	cd/m²	A veces se usa la denominación nit, ajena al Sistema Internacional.
Iluminancia	E_v	lux (= lm/m²)	lx	Usado para medir la incidencia de la luz sobre una superficie.
Emitancia luminosa	M_v	lux (= lm/m²)	lx	Usado para medir la luz emitida por una superficie.
Exposición luminosa	H_v	lux segundo	lx·s	Iluminancia integrada en el tiempo.
Eficacia luminosa de la radiación	K	lumen por vatio	lm/W	Razón entre flujo luminoso y flujo radiante.
Eficacia luminosa de una fuente	η	lumen por vatio	lm/W	Razón entre flujo luminoso y potencia eléctrica consumida.

Unidades radiométricas del SI
Magnitud		Unidad		Dimensión	Notas
Nombre	Símbolo^[3]	Nombre	Símbolo	Dimensión	Notas
Energía radiante	$Q e$ ^[4]	julio	J	M⋅L²⋅T⁻²	Energía de la radiación electromagnética.
Densidad de energía radiante	$w e$	julio por metro cúbico	J/m³	M⋅L⁻¹⋅T⁻²	Energía radiante por unidad de volumen.
Flujo radiante	$Φ e$ ^[4]	vatio	W = J/s	M⋅L²⋅T⁻³	Energía radiante emitida, reflejada, transmitida o recibida, por unidad de tiempo. A esto a veces también se le llama "potencia radiante", y se llama luminosidad en astronomía.
Flujo espectral	$Φ e, ν$ ^[5]	vatio por hercio	W/Hz	M⋅L²⋅T⁻²	Flujo radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅nm⁻¹.
Flujo espectral	$Φ e, λ$ ^[6]	vatio por metro	W/m	M⋅L⋅T⁻³
Intensidad radiante	$I e,Ω$ ^[7]	vatio por estereorradián	W/sr	M⋅L²⋅T⁻³	Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido, por unidad de ángulo sólido. Es una cantidad "direccional".
Intensidad espectral	$I e,Ω, ν$ ^[5]	vatio por estereorradián por hercio	W⋅sr⁻¹⋅Hz⁻¹	M⋅L²⋅T⁻²	Intensidad radiante por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr⁻¹⋅nm⁻¹. Es una magnitud direccional.
Intensidad espectral	$I e,Ω, λ$ ^[6]	vatio por estereorradián por metro	W⋅sr⁻¹⋅m⁻¹	M⋅L⋅T⁻³
Radiancia	$L e,Ω$ ^[7]	vatio por estereorradián por metro cuadrado	W⋅sr⁻¹⋅m⁻²	M⋅T⁻³	Flujo radiante emitido, reflejado, transmitido o recibido por una superficie, por unidad de ángulo sólido por unidad de área proyectada. Es una cantidad "direccional", a la que a veces también se le llama confusamente "intensidad".
Radiancia espectral Intensidad específica	$L e,Ω, ν$ ^[5]	vatio por estereorradián por metro cuadrado por hercio	W⋅sr⁻¹⋅m⁻²⋅Hz⁻¹	M⋅T⁻²	Resplandor de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅sr⁻¹⋅m⁻²⋅nm⁻¹. Es una cantidad "direccional", a la que a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral".
Radiancia espectral Intensidad específica	$L e,Ω, λ$ ^[6]	vatio por estereorradián por metro cuadrado, por metro	W⋅sr⁻¹⋅m⁻³	M⋅L⁻¹⋅T⁻³
Irradiancia Densidad de flujo	$E e$ ^[4]	vatio por metro cuadrado	W/m²	M⋅T⁻³	Flujo radiante recibido por una superficie por unidad de área. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad".
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral	$E e, ν$ ^[5]	vatio por metro cuadrado por hercio	W⋅m⁻²⋅Hz⁻¹	M⋅T⁻²	Irradiancia de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral". Las unidades de densidad de flujo espectral que no pertenecen al SI incluyen jansky (unidad) ((1 Jy = 10⁻²⁶ W⋅m⁻²⋅Hz^{− 1})) y unidad de flujo solar ((1 sfu = 10⁻²² W⋅m⁻²⋅Hz⁻¹ = 104 Jy)).
Irradiancia espectral Densidad de flujo espectral	$E e, λ$ ^[6]	vatio por metro cuadrado, por metro	W/m³	M⋅L⁻¹⋅T⁻³
Radiosidad	$J e$ ^[4]	vatio por metro cuadrado	W/m²	M⋅T⁻³	Flujo radiante que sale (emitido, reflejado y transmitido por) una superficie por unidad de área. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad".
Radiosidad espectral	$J e, ν$ ^[5]	vatio por metro cuadrado por hercio	W⋅m⁻²⋅Hz⁻¹	M⋅T⁻²	Radiosidad de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m⁻²⋅nm⁻¹. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral".
Radiosidad espectral	$J e, λ$ ^[6]	vatio por metro cuadrado, por metro	W/m³	M⋅L⁻¹⋅T⁻³
Salida radiante	$M e$ ^[4]	vatio por metro cuadrado	W/m²	M⋅T⁻³	Flujo radiante emitido por una superficie por unidad de área. Este es el componente emitido de la radiosidad. "Emitancia radiante" es un término antiguo para esta cantidad. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad".
Salida espectral	$M e, ν$ ^[5]	vatio por metro cuadrado por hercio	W⋅m⁻²⋅Hz⁻¹	M⋅T⁻²	Exitancia radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en W⋅m⁻²⋅nm⁻¹. "Emitancia espectral" es un término antiguo para esta cantidad. A esto a veces también se le llama confusamente "intensidad espectral".
Salida espectral	$M e, λ$ ^[6]	vatio por metro cuadrado, por metro	W/m³	M⋅L⁻¹⋅T⁻³
Exposición radiante	$H e$	julio por metro cuadrado	J/m²	M⋅T⁻²	Energía radiante recibida por una superficie por unidad de área, o equivalentemente irradiancia de una superficie integrada a lo largo del tiempo de irradiación. A esto a veces también se le llama "fluencia radiante".
Exposición espectral	$H e, ν$ ^[6]	julio por metro cuadrado por hercio	J⋅m⁻²⋅Hz⁻¹	M⋅T⁻¹	Exposición radiante de una superficie por unidad de frecuencia o longitud de onda. Este último se mide comúnmente en J⋅m⁻²⋅nm⁻¹. A esto a veces también se le llama "fluencia espectral".
Exposición espectral	$H e, λ$ ^[6]	julio por metro cuadrado, por metro	J/m³	M⋅L⁻¹⋅T⁻²
Véase también: Sistema Internacional de Unidades, Radiometría y Fotometría

Referencias

↑ «intensity». Merriam-Webster.com. Consultado el 2015.
↑ Paschotta, Rüdiger. «Optical Intensity». Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics.
↑ Las organizaciones de estándares recomiendan que las magnitudes radiométricas se denoten con el sufijo e (de energético) para evitar confusión con cantidades fotométricas o fotónicas.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e A veces se ven símbolos alternativos: $W$ o $E$ para energía radiante, $P$ o $F$ para flujo radiante, $I$ para irradiancia, $W$ para salida radiante.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Las magnitudes espectrales dadas por unidad de frecuencia se denotan con el sufijo "ν" (letra griega nu, que no debe confundirse con la letra "v", que indica una magnitud fotométrica.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h Las cantidades espectrales dadas por unidad de longitud de onda se denotan con el sufijo "λ".
↑ ^a ^b Las cantidades direccionales se indican con el sufijo "Ω".

Datos: Q1061524

[1] «intensity». Merriam-Webster.com. Consultado el 2015.

[2] Paschotta, Rüdiger. «Optical Intensity». Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics.

[3] Las organizaciones de estándares recomiendan que las magnitudes radiométricas se denoten con el sufijo e (de energético) para evitar confusión con cantidades fotométricas o fotónicas.

[note-alternative-symbol-radiometric-4] A veces se ven símbolos alternativos: $W$ o $E$ para energía radiante, $P$ o $F$ para flujo radiante, $I$ para irradiancia, $W$ para salida radiante.

[nu-5] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Las magnitudes espectrales dadas por unidad de frecuencia se denotan con el sufijo "ν" (letra griega nu, que no debe confundirse con la letra "v", que indica una magnitud fotométrica.

[landa-6] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h Las cantidades espectrales dadas por unidad de longitud de onda se denotan con el sufijo "λ".

[omega-7] Las cantidades direccionales se indican con el sufijo "Ω".

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