5.3 Lämpösäteily ja sähkömagneettisen säteilyn lajit

FY07 Sähkömagnetismi ja valo

Lämpöliikkeen synnyttämä säteily

  • Aineen rakenneosasten lämpöliike         sähkömagneettinen säteily
  • Lämpöliike on satunnaista, joten spektri on jatkuva         paljon eri taajuuksia
    • Korkeammassa lämpötilassa liike on voimakkaampaa         suurempi taajuus (eli lyhyempi aallonpituus)

Mustan kappaleen säteily

  • Ideaalinen malli säteilijälle on ns. musta kappale
    • ​Musta kappale ei heijasta tai sirota säteilyä (absorboi kaiken)
    • Useimpia säteileviä kappaleita voidaan mallintaa mustana kappaleena
  • Mustan kappaleen spektri on jatkuva ja sen muoto voidaan määrittää teoreettisesti
  • Spektrin intensiteettimaksimin kohta riippuu säteilijän lämpötilasta
    • Mitä suurempi on säteilijän lämpötila, sitä pienemmän aallonpituuden kohdalla intensiteettimaksimi on

Wienin siirtymälaki

  • Mustan kappaleen säteilyn intensiteettimaksimin aallonpituus ja lämpötila T riippuvat toisistaan Wienin siirtymälain mukaisesti
\lambda_{max} = \frac{k}{T}
k = 0,002898 \ \text m \cdot \text K

k on vakio:

\lambda_{max}

MAOL:

Esimerkki 1

Laske Auringon pintalämpötila Wienin siirtymälakia ja intensiteettijakaumaa hyödyntäen. Vertaa vastaustasi taulukoituun arvoon.

Kuvaajasta voidaan lukea, että suurin intensiteetti on noin 540 nm:n kohdalla. Siis

\lambda_{max} \approx 540 \ \text {nm}

Wienin siirtymälain mukaan

\lambda_{max} = \frac{k}{T}
T = \frac{k}{\lambda_{max}}

Auringon pintalämpötilaksi saadaan

T = \frac{ 0,002898 \ \text m \ \cdot \ \text K}{540 \ \cdot \ 10^{-9} \ \text m}
T = 5366,67 \ \text K \approx 5400 \ \text K

MAOL-taulukoiden mukaan Auringon pintalämpötila on noin 5700 K.

Muut SM-säteilyn lajit

  • Ei-ionisoiva säteily (näkyvää valoa pidempi aallonpituus)
    • Radioaallot: viestintä, avaruuden kohteiden tutkimus
    • Mikroaallot: viestintä, lämmitys, kosminen taustasäteily, tutka
    • Infrapunasäteily: lämpösäteily, ilmastotutkimus, avaruustutkimus
  • Ionisoiva säteily (näkyvää valoa lyhyempi aallonpituus)
    • Ultraviolettisäteily: Aurinko, loistelamppujen valontuotto
    • Röntgensäteily: lääketieteellinen kuvantaminen, suurienergiset avaruuden kohteet
    • Gammasäteily: syntyy atomiytimissä, sterilisointi, läpivalaisu, avaruuden aktiivisimmat kohteet