Warto przeczytać

Wszystkie ciała o temperaturach wyższych niż zero bezwzględne emitują promieniowanie termiczne, zwane też promieniowaniem cieplnym. Są to fale elektromagnetyczneFale elektromagnetycznefale elektromagnetyczne, emitowane przez cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym w wyniku ich ruchu termicznego w materii. Przez ruch termiczny rozumiemy nieustający, bezładny ruch molekuł, z których składa się każde ciało. Na skutek zderzeń i oddziaływań międzycząsteczkowych energia poszczególnych molekuł wciąż ulega zmianie. Doznają one przyspieszeń i oscylacji. Atomy składają się z dodatnio naładowanego jądra i elektronów o ujemnym ładunku. Gdy cząstka naładowana porusza się z przyspieszeniem, emituje falę elektromagnetyczną.

Wiemy z doświadczenia, że ciała o bardzo wysokich temperaturach, jak na przykład płynny metal lub fotosferaFotosferafotosfera Słońca, świecą białym światłem. Jeśli to światło przepuścimy przez pryzmat, ulegnie ono rozszczepieniu na poszczególne barwy (Rys. 1.). Każda barwa odpowiada innej długości fali elektromagnetycznej od 400 nm dla światła o barwie fioletowej do 700 nm dla światła czerwonego. Rozszczepiając światło białe na poszczególne barwy, otrzymujemy widmo światła białego (Rys. 2.).

RGAf95CoaXGhS

Rys. 1. przedstawia przejście światła białego przez pryzmat. Na ciemnogranatowym tle z lewej strony, przechodzącym płynnie w kolor czarny widnieje pryzmat w w kolorze jasnoszarym . Od lewej strony, na ścianę pryzmatu pada wiązka światła białego Podczas przejścia przez pryzmat światło rozszczepia się dwukrotnie na ściankach na poszczególne barwy, tworząc widmo światła białego w postaci paska o barwach tęczy. Poniżej schematu widnieje widmo światła białego w postaci barwnego poziomego prostokąta, Barwy przechodzą w sposób ciągły od fioletowej z lewej strony do czerwonej - z prawej strony.

R1exchVir4CQc

Rys. 2. przedstawia widmo światła białego w postaci barwnego poziomego prostokąta, Barwy przechodzą w sposób ciągły od fioletowej z lewej strony do czerwonej - z prawej strony. Pod spodem znajduje się oś długości fali wyskalowana co 50 nm. w zakresie od 350 nm do 800 nm.

Widmo promieniowania to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne długości fal.

Rozszczepienie światła białego pokazuje, z jakich barw składa się to światło, ale nie daje informacji, jaka jest moc promieniowania we wszystkich kolejnych miejscach barwnego widma. Aby dokładniej zbadać widmo promieniowania, należałoby wzdłuż widma przemieszczać czujnik, na przykład fotokomórkę, który zmierzy moc dla każdej długości fali. Zmierzona ilość energii promieniowania w określonych zakresach długości fali światła $\lambda$ pozwala wykreślić krzywą rozkładu widmowego (Rys. 3.).

R1dfz0LBP1KVA

Rys. 3. przedstawia przejście światła białego przez pryzmat. Na ciemnogranatowym tle z lewej strony, przechodzącym płynnie w kolor czarny widnieje pryzmat w w kolorze jasnoszarym . Od lewej strony, na ścianę pryzmatu pada wiązka światła białego Podczas przejścia przez pryzmat światło rozszczepia się dwukrotnie na ściankach na poszczególne barwy, tworząc widmo światła białego w postaci paska o barwach tęczy. Promień pada na poziomą płaszczyznę (mały prostokąt w kolorze ciemnoszarym. Na tle wiązki naszkicowano białą linią wykres I(lambda) w postaci charakterystycznego "piku" w prostokątnym układzie współrzędnych. Poniżej schematu widnieje widmo światła białego w postaci barwnego poziomego prostokąta, Barwy przechodzą w sposób ciągły od fioletowej z lewej strony do czerwonej - z prawej strony.

Na Rys. 4. przedstawiona jest krzywa rozkładu widmowego promieniowania słonecznego. Na osi pionowej zaznaczona jest energia promieniowania przypadająca na przedział długości fali $\left(\lambda ,\lambda +\Delta \lambda \right)$, wyemitowana w jednostce czasu, na osi poziomej długość fali promieniowania $\lambda$ z zaznaczonym zakresem długości fal światła widzialnego. Promieniowanie Słońca daleko wychodzi poza ten zakres. Zawiera promieniowanie nadfioletoweNadfioletnadfioletowe, o długościach mniejszych od długościach fal dla światła widzialnego oraz promieniowanie podczerwonePodczerwieńpodczerwone, o długościach fal większych od światła widzialnego. W promieniowaniu Słońca zawarte są wszystkie długości fal światła widzialnego, dlatego światło słoneczne odbieramy jako białe.

R1O8SdfafJ93w

Rys. 4. przedstawia wykres zależności natężenia promieniowania od długości fali w prostokątnym układzie współrzędnych. Oś pozioma jest oznaczona: lambda[nm] (tzn. długość fali w nanometrach) i wyskalowana od 0 do 2500 co 500, a oś pionowa jest oznaczona: I(lambda) [kW/nm] (tzn. natężenie promieniowania w kilowatach na na nanometr) i wyskalowana od 0 do 30000 co 5000. Widoczne linie siatki w kolorze jasnoszarym. Na tle siatki widnieje niebieska krzywa tworząca charakterystyczny "pik" dla 500 nm sięgający wartości ok 2700 kW/nm.

Maksimum wykresu przypada na długość fali około 500 nm, co odpowiada barwie zielonej.

Położenie maksimum promieniowania określa temperatura ciała emitującego promieniowanie. Im wyższa temperatura, tym mniejsza długość fali maksimum promieniowania (Rys. 5.). Z tego powodu, gdy rozgrzane ciało zaczyna świecić, najpierw świeci czerwonym światłem, a w miarę wzrostu temperatury barwa zmienia się na żółtą i w końcu białą, gdyż zwiększa się udział światła o krótszych falach.

R3pSO2h0Z6LLm

Rys. 5. przedstawia cztery wykresy zależności natężenia promieniowania od długości fali w prostokątnym układzie współrzędnych. Oś pozioma jest oznaczona: lambda[nm] (tzn. długość fali w nanometrach) i wyskalowana od 0 do 4000 co 500, a oś pionowa jest oznaczona: I(lambda) [kW/nm] (tzn. natężenie promieniowania w kilowatach na na nanometr) i wyskalowana od 0 do 8000 co 1000. Widoczne linie siatki w kolorze jasnoszarym. Na tle siatki widnieją cztery krzywe w kształcie charakterystycznych "pików" o coraz większych maksimach w kolorach, kolejno: czarnym z oznaczeniem 2200 K, czerwonym z oznaczeniem 3500 K, zielonym z oznaczeniem 4000 K i niebieskim z oznaczeniem 4500 K.

Promieniowanie emitowane przez ludzi i większość przedmiotów wokół nas nie jest widoczne, bo maksimum promieniowania leży w zakresie podczerwieni. Nasze oczy nie mogą odbierać takiego promieniowania, ale może je wykryć kamera termowizyjnaKamera termowizyjnakamera termowizyjna, która rejestruje promieniowanie podczerwone (Rys. 6.).

R186c82PR6QR5

Rys. 6 . przedstawia obraz z kamery termowizyjnej skierowanej w stronę siedzącego kota. Na niebieskim tle widać sylwetkę siedzącego kota w postaci świetlistego obiektu o zarysach kota w barwach przechodzących w sposób ciagły jedna w drugą w chaotyczny sposób. Dominuje barwa pomarańczowa. Z prawej strony przedstawiono widmo ciągłe w postaci barwnego pionowego prostokąta.

Krzywe rozkładu widmowego promieniowania termicznego dla wyższych temperatur leżą wyżej niż dla niższych. Oznacza to, że ze wzrostem temperatury ciała, zwiększa się całkowita energia promieniowania. Pole pod wykresem jest miarą całkowitej energii wypromieniowanej przez jednostkową powierzchnię ciała. Energia promieniowania emitowana przez jednostkową powierzchnię silnie zależy od temperatury. Dlatego ciała o bardzo wysokiej temperaturze świecą znacznie jaśniej niż ciała chłodniejsze.

Słowniczek