Физика

за сваког по нешто

Топлотно зрачење

Један од облика преноса топлоте односно размене енергије између тела је зрачењем, при чему се топлија тела хладе, а хладнија загревају. Утврђено је да свако тело на свакој температури емитује електромагнетно зрачење, а да спектар зрачења зависи од температуре.

Што је виша температура зрачење, као вид преношења топлоте је интензивније, док је провођење и струјање интензивније на нижим температурама. За пренос топлоте зрачењем није потребна материјална средина јер енергију преносе електромагнетни таласи.

Процес размене топлоте траје све док се не успостави равнотежа међу телима. Тада је за свако тело израчена енергија једнака апсорбованој енергији електромагнетног зрачења.

Електромагнетно зрачење које емитују тела на рачун своје унутрашње енергије назива се топлотно зрачење.

Пре свега треба знати да свако тело које је топлије од своје околине зрачи са своје површине енергију у виду електромагнетних таласа. Физичари су у другој половини XIX века открили да хладнија тела емитују дуже таласне дужине, док топлија тела емитују краће таласне дужине, при покушају да успоставе температурну равнотежу са својом околином.

Познато је да многа тела, загрејана до високих температура, емитују светлост. Такође, познато је да светлост има видљиви и невидљиви део спектра, па можемо да кажемо да постоји светлост у правом смислу (видимо је оком) и светлост у ширем смислу.

Загрејано тело емитује топлотно зрачење (топлоту), електромагнетно зрачење  у инфрацрвеном делу спектра. Ако се тело и даље загрева онда почиње знатније да емитује и видљиво зрачење, прво у црвеном делу спектра (црвено усијање око 5000C) а после и у целом видљивом опсегу (бело усијање). На још вишим температурама тело зрачи невидљиво ултраљубичасто зрачење, док на температурама нижим од температуре црвеног усијања тело емитује, такође невидљиво, инфрацрвено зрачење – рецимо радијатори код класичног парног грејања.

Полазна основа у разматрању ових појава били су ставови класичне физике. Теорија се није поклапала са експериментима у области кратких и ултракратких таласа (ултравиолетна катастрофа). Настаје криза у физици, која је решена новим (квантним) приступом овом проблему.

Физичке величине које су физичари у другој половини XIX века употребљавали за описивање ових феномена:

  • Спектрална емисиона моћ тела е_{\lambda Т} на датој температури ( Т ) – бројно једнака оној количини енергије коју то тело емитује са јединице своје површине у јединици времена, али у изабраном уском опсегу таласних дужина: од  \lambda до \lambda + \triangle \lambda.
  • Укупна емисиона моћ тела ET на датој температури (Т) – бројно једнака оној количини енергије коју то тело емитује са јединице своје површине у јединици времена, на свим таласним дужинама електромагнетног зрачења које то тело емитује.  Дакле укупна емисиона моћ тела се може добити сумирањем емисионих моћи тог тела по целом интервалу таласних дужина који то тело емитује.
  • Спектрална апсорпциона моћ тела а_{\lambda Т} на датој температури ( Т ) показује који део енергије – од оне која пада на јединицу површине тела у јединици времена, а у уском опсегу таласних дужина од  \lambda до \lambda + \triangle \lambda – бива апсорбован.
  • Укупна апсорпциона моћ тела  AT  на датој температури ( Т ),  аналогно укупној емисионој моћи, показује који део – од целокупне количине енергије ( дакле узевши у обзир све таласне дужине, тј. цео спектар електромагнетног зрачења )  која падне на јединицу површине тог тела у јединици времена – бива апсорбован. Закључак је да се укупна апсорпциона моћ тела може израчунати сумирањем апсорпционих моћи тог тела по целом интервалу таласних дужина које падају на то тело, тј. које то тело апсорбује.

 

 

Закони зрачења апсолутно црног тела