Quelltext der Seite Intensität (Physik)

{{Infobox Physikalische Größe
|Name= Intensität
|Größenart=
|Formelzeichen= <math>I</math>
|Dim=
|AbgeleitetVon=
|SI= [[Watt (Einheit)|W]]·[[Quadratmeter|m]]<sup>−2</sup> = [[Kilogramm|kg]]·[[Sekunde|s]]<sup>−3</sup> 
|SI-Dimension= [[Masse (Physik)|M]]·[[Zeit|T]]<sup>−3</sup>
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|Anmerkungen=
|SieheAuch=
}}

Die '''Intensität''' oder '''Strahlungsintensität''' <math>I</math> ist in der Physik meist die [[Leistungsdichte|Flächenleistungsdichte]] beim Transport von [[Energie]]. Der Begriff wird auch für den [[Vektor #Länge/Betrag eines Vektors|Betrag]] der [[Strom (Physik) #Stromdichte|Flächenstromdichte]] anderer physikalischer Größen verwendet.

Die Bezeichnung wird meist für [[Welle]]nphänomene wie [[elektromagnetische Strahlung]] oder [[Schall]] ([[Schallintensität]]) verwendet, aber auch für alle anderen Arten von Transport, z.&nbsp;B. für die Teilchendichte in der [[Quantenmechanik]].

Außerhalb der Physik wird der Begriff in ungenauer Weise auch für „[[Kraft (Sport)|Stärke]]“, „[[Kraft]]“, „[[Amplitude]]“, oder „[[Pegel (Physik)|Pegel]]“ verwendet.

== Berechnung ==
Die Intensität berechnet sich (in Klammern beispielhafte vereinfachte Formeln für die Energie <math>E</math> als betrachtete Größe):
* für eine gegebene [[Fläche (Mathematik)|Fläche]] <math>A</math> im Raum: als Quotient aus der (durch diese Fläche) pro Zeit <math>t</math> übertragenen Menge der betreffenden Größe und der Größe der Fläche:
::<math>I = \frac{\frac{dE}{dt}}{A} = \frac{P}{A}</math>
:mit der [[Leistung (Physik)|Leistung]] <math>P</math><br />
oder
* als Produkt aus der ''volumenbezogenen'' Dichte (z.&nbsp;B. [[Energiedichte]] <math>w</math>) und der Geschwindigkeit <math>v</math> des Transports:
::<math>I = w \cdot v = \frac{dE}{dV} \cdot \frac{ds}{dt}</math>

== {{Anker|Radiometrie}}Intensität in der Radiometrie und Photometrie ==
In der [[Radiometrie|Radio-]] und [[Photometrie]] werden folgende Größen als „Intensität“ („Strahlungsintensität“ bzw. „Lichtintensität“) bezeichnet:<ref>{{Literatur |Autor=Frank L. Pedrotti |Titel=Optik für Ingenieure: Grundlagen; mit 28 Tabellen; Introduction to optics dt. |Auflage=3 |Verlag=Springer |Datum=2005 |ISBN=3-540-22813-6}}</ref>:
* [[Bestrahlungsstärke]] (radiometrisch): die Leistung elektromagnetischer Strahlung durch Fläche (durchströmte Fläche oder Fläche, auf die die Strahlung trifft)
* [[Beleuchtungsstärke]] (photometrisch): die Bestrahlungsstärke, [[Gewichtung|gewichtet]] mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges ([[photometrisches Strahlungsäquivalent]]).

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 [[Radiowelle]]n lautet der Begriff „Strahlungsintensität“<ref name="IEV705-02-04">[https://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/welcome 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>“</ref>),
* [[Lichtstärke (Photometrie)|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 ==
Die Intensität elektromagnetischer Strahlung ist der Betrag des zeitlichen Mittels <math>\textstyle\langle \dots\rangle_t</math> des [[Poynting-Vektor]]s <math>\textstyle S</math>:

:<math>I = | \langle S\rangle_t |</math>

In Medien ohne [[Dispersion (Physik)|Dispersion]] mit der [[Energiedichte]] <math>\textstyle W</math> gilt folgender Zusammenhang mit der [[Gruppengeschwindigkeit]] <math>\textstyle v_\mathrm{gr} </math>:

:<math>I = \langle W \rangle_t \; v_\mathrm{gr}</math>

Bei einer [[monochromatisch]]en, [[Polarisation|linear polarisiert]]en [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Welle]] im [[Vakuum]] ist die Intensität:<ref>{{Cite book
| edition = 3rd ed
| publisher = Prentice Hall
| isbn = 0-13-805326-X
| last = Griffiths
| first = David J.
| title = Introduction to Electrodynamics
| location = Upper Saddle River, N.J
| date = 1999 |language=en
}}</ref>

:<math>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
         \, .</math>

Dabei ist
* <math>c</math> die [[Lichtgeschwindigkeit]]
* <math>\varepsilon_0</math> die [[elektrische Feldkonstante]]
* <math>\mu_0</math> die [[magnetische Feldkonstante]]
* <math>E_0</math> die maximale [[Amplitude]] ([[elektrische Feldstärke]]) des [[elektrisches Feld|elektrischen Felds]] der Welle
* <math>B_0</math> die maximale Amplitude ([[magnetische Flussdichte]]) des [[magnetisches Feld|magnetischen Felds]] der Welle
* <math>H_0</math> die maximale [[magnetische Feldstärke]] des magnetischen Felds der Welle.

Die Intensität ist also [[proportional]] zum Quadrat der Amplitude <math>\textstyle A</math> der Welle:

:<math>I \propto A^2</math>.

In linearen [[dielektrisch]]en Medien mit dem [[Brechungsindex]] <math>\textstyle n</math> gilt:

:<math>I = \frac{1}{2} c \, n \, \varepsilon_0 E_0^2</math>.

== Intensität einer Punktquelle ==
[[Datei:Quadratischer Abfall, Veranschaulichung nach Martin Wagenschein (GeoGebra).png|mini|Veranschaulichung der quadratischen Abnahme mit der Entfernung nach [[Martin Wagenschein]]]]
Strahlt eine Punktquelle die Leistung <math>\textstyle P</math> in drei Dimensionen aus und gibt es keinen [[Absorption (Physik)|Energieverlust]], dann fällt die Intensität quadratisch mit dem Abstand <math>\textstyle r</math> vom Objekt ab:
:<math>
I = \frac{P}{4 \pi r^2} \,
</math>.

== Einfluss eines Mediums ==
Wenn das Medium [[Dämpfung|dämpft]] ([[Absorption (Physik)|absorbiert]]), verliert die Welle Energie, welche z.&nbsp;B. in [[Wärmeenergie]] umgewandelt wird. Nimmt man an, dass die Intensitätsabnahme proportional der am jeweiligen Ort <math>r</math> vorhandenen Intensität ist, so ergibt sich analog zum [[Zerfallsgesetz]] ein [[exponentiell]]er Verlauf, das [[Lambert-Beersches Gesetz|Lambert-Beersche Gesetz]]:

:<math>I(r) = I_0 \cdot \mathrm e^{-\mu r}</math>

mit dem [[Absorptionskoeffizient]]en <math>\mu</math>, der die [[Materialeigenschaft]]en des durchquerten Mediums beschreibt.

Mit zunehmender Ausbreitung der Welle im [[Ausbreitungsmedium|Medium]] nimmt also deren Intensität exponentiell ab.

== Siehe auch ==
* [[Lambert-Strahler]] (Optik)
* [[Kugelstrahler]], isotroper Strahler (Antennentechnik)

== Weblinks ==
{{Wiktionary|Intensität}}

== Einzelnachweise ==
<references />{{Normdaten|TYP=s|GND=4183540-2}}{{SORTIERUNG:Intensitat #Physik}}
[[Kategorie:Physikalische Größenart]]