Termisk strålning

Wikipedia

Termisk strålning är elektromagnetisk strålning från en alstrande yta. Denna strålning beror enbart på kroppens temperatur. Värme från ett vanligt värmeelement är ett exempel på en termisk strålning, såsom ljuset från en glödlampa. Termiska strålningen skapas, när värmeenergin från atomer eller laddade partiklar omvandlas till elektromagnetisk strålning.

Den alstrade våglängden för ett svart kropp är en sannolikhetsfördelning, enligt Plancks strålningslag. Med hjälp av Plancks lag, kan man härleda Wiens lag, vilka tillsammans ger den sannolika frekvensen och värmeintensiteten.

[redigera] Egenskaper

Termisk strålning är ett viktigt begrepp inom termodynamiken, eftersom det är ett sätt för kroppar att överföra energi till varandra. Varmare kroppar bestrålar kallare, och därmed utjämnas temperaturskillnader, enligt termodynamikens lagar. Ekvationen som på ett bra sätt beskriver termiska strålningssamspelet för en kropp kan sammanfattas.

$\alpha+\rho+\tau=1 \,$

Där $\alpha \,$ är spektral absorptionsfaktor, $\rho \,$ är spektral reflektionsfaktor och $\tau \,$ är spektral transmissionsfaktor. Alla dessa är i praktiken frekvensberoende, och den spektrala absorptionsfaktorn, enligt Kirschoffs lag är för en given våglängd lika med emissivitet: $\epsilon \,$ .

I en verklig situation, och i rumstemperatur framgår det av termiska formlerna att en alstrande kropp förlorar mycket energi. Man bör inte glömma, att energin som man har förlorat på grund av självstrålning tas upp från miljön genom absorption, och eftersom för en given våglängd är absorptionen lika med emissiviteten, förloras det inte så mycket värmeenergi.

[redigera] Matematiska uttryck

Energi per volymsenhet av termiska strålningen är given av $u(\upsilon,T)d\upsilon \,$ , där:

$u(\upsilon,T)=\frac{8\pi h\upsilon^3}{c^3}\cdot\frac1{e^\frac{h\upsilon}{k_BT}-1}$

För en alstrande kropp, integrering leder till Stefan-Boltzmanns lag, som ger effekten, enligt:

$W = \epsilon(\upsilon)\cdot\sigma AT^4$

Här är $\epsilon \,$ är en korrektionsfaktor mellan 0 och 1. Den är praktisk användbar, eftersom en alstrande kropp är inte en perfekt svart kropp. Som det har tidigare nämnts, är emissivitet beroende av våglängden $\lambda\,$ eller frekvensen $\upsilon\,$ . Det är värt att notera, att denna egenskap leder till icketriviala fenomen. Exempelvis vit målarfärg har ofta egenskapen att vara en bra svartkroppstrålare i infraljusets spektra. Det gör att vanliga hushållselement målas oftast vitt.

Vidare är våglängden $\lambda \,$ , för emissionmaxima är given av Wiens's förskjutningslag som:

$\lambda_{max} = \frac{b}{T}$

[redigera] Konstanter

Definitioner av konstanter i uttryck ovan:

$h \,$	Plancks konstant.
$b \,$	Wiens förskjutningskonstant.
$k_B \,$	Boltzmanns konstant.
$\sigma \,$	Stefan-Boltzmanns konstant
$c \,$	Ljusets hastighet.
$T \,$	Temperatur.
$A \,$	Area.