Promieniowanie cieplne

Promieniowanie cieplne, promieniowanie termiczne, promieniowanie temperaturowe – promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez cząstki naładowane elektrycznie w wyniku ich ruchu termicznego w materii. Promieniowanie cieplne emitowane jest przez każdą materię o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego.

Świecenie rozgrzanego pręta

Według mechaniki klasycznej atomy lub cząsteczki ciała o temperaturze powyżej zera bezwzględnego mają energię kinetyczną, która zmieniana jest w wyniku wzajemnych oddziaływań atomów i cząsteczek, a zmiany energii wynikają z przyspieszenia lub dipolowej oscylacji ładunków. Ta zmiana ruchu ładunków wytwarza promieniowanie elektromagnetyczne. W wyniku wzajemnych oddziaływań cząsteczek i atomów ustala się zależny od temperatury rozkład ich prędkości, z którego wynika rozkład emitowanego promieniowania.

Promieniowanie cieplne danego ciała w określonej temperaturze, jak zauważył Pierre Prévost, jeden z pierwszych badaczy promieniowania cieplnego, nie zależy od obecności innych ciał. W przypadku ciał stałych zależy natomiast głównie od ich powierzchni, np. inna będzie emisja, gdy ciało będzie chropowate, a inna gdy jego powierzchnia zostanie wypolerowana.

Widmo promieniowania cieplnego

Rozkład energii wypromieniowywanych fal w funkcji długości fali (lub częstotliwości), czyli widmo promieniowania ma dla każdego ciała podobny kształt (prawo Plancka). Dla ciał stałych doskonale czarnych jest to widmo ciągłe, a położenie maksimum tego rozkładu w zależności od długości fali elektromagnetycznej zależy tylko od temperatury ciała. W miarę wzrostu temperatury maksimum przesuwa się w kierunku coraz mniejszej długości fal (prawo Wiena). Ciała o temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej (a także z dość szerokiego zakresu powyżej i poniżej tej temperatury) emitują najsilniej przede wszystkim w podczerwieni, dlatego promieniowanie podczerwone często w uproszczeniu jest nazywane promieniowaniem termicznym. Ciała o ekstremalnie niskich temperaturach większość energii wyświecają w zakresie mikrofal, zaś ciała o temperaturach powyżej 600 °C zaczynają emitować również fale o wiele krótsze z większą intensywnością – światło – czyli fale elektromagnetyczne widzialne przez oko ludzkie. Emisja danego ciała fizycznego składa się z emisji własnej oraz odbitej. Wyeliminowanie emisji odbitej pozwala obserwować tylko emisje własną danego ciała.

Przykłady

Promieniowaniem cieplnym jest m.in. promieniowanie

• ciała doskonale czarnego
• ciała szarego
• promieniowanie reliktowe

Natomiast promieniowaniem termicznym nie jest m.in.

• światło powstające w wyniku luminescencji
• światło laserowe
• fala elektromagnetyczna emitowana przez antenę radiową

Zobacz też

• ciało szare
• prawo Kirchhoffa
• prawo Stefana-Boltzmanna
• prawo Wiena

Bibliografia

• Richard Phillips Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Feynmana wykłady z fizyki. T. 1. Cz. 2. Warszawa: PWN, 1974.
• I.W. Sawieliew: Wykłady z fizyki 3. Wyd. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1994. ISBN 83-01-11606-4.
• Encyklopedia fizyki. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1973.brak strony w książce, hasło „promieniowanie cieplne”