Soojuskiirgus: erinevus redaktsioonide vahel

[[ImagePilt:Wiens law.svg|300px|thumb|rightpisi|Joonis näitab kuidas lainepikkuse haripunkt ja kogu kiiratud energia muutub temperatuuri muutudes [[Pilt:Hot metalwork.jpg|250px|pisi|Näide soojuskiirgusest. Kuum metall on piisavalt kõrge temperatuuriga, et olla nähtav inimese silmale.]]

[[Wien'i nihkeseadus]]e kohaselt. Kuigi joonisel on tegemist kõrgete temperatuuridega, kehtib see ka madalamate jaoks. Nähtav valgus on 380 ja 750nm vahel.]]

Soojuskiirguse näideteks on [[hõõglamp|hõõglambist]] eralduv [[nähtav valgus]], loomadelt eralduv [[infrapuna]] valgus ja [[kosmiline mikrolaine-taustkiirgus]]. Soojuskiirgus erineb [[soojusjuhtivus]]est ja [[konvektsioon]]ist -– lõkke lähedal olev inimene tunneb sealt tulevat soojuskiirgust, isegi kui teda ümbritsev õhk on väga külm.

Kui elektromagnetlaineid kiirgav keha on samade omadustega nagu [[soojuslik tasakaal|soojuslikus tasakaalus]] olev [[absoluutselt must keha]], siis kutsutakse seda musta keha kiirguseks.<ref>K. Huang, ''Statistical Mechanics'' (2003), p.278</ref> [[Plancki seadus]] kirjeldab musta keha kiirguse spektrit, mis on sõltuv keha temperatuurist. [[Wien'i nihkeseadus]] määrab kõige tõenäoseima

Soojuskiirguse omadused sõltuvad mitmetest erinevatest teguritest -– aine pinnast, temperatuurist, [[neelamisvõime|neelamis-]] ja [[kiirgamisvõime]]st. <ref name=blundell/> Kiirgus ei ole monokromaatiline, mis tähendab, et see ei koosne sama sagedusega lainetest, vaid erinevate sagedustega komponentidest, mis moodustavad ainele iseloomuliku spektri. Kui kiirgav keha ja selle välispind on soojuslikus tasakaalus ning pind neelab kogu pealelangeva valguse, siis on tegemist [[absoluutselt must keha|musta kehaga]]. Must keha on ideaalne kiirgur. Tavalise keha ja musta keha neelduvuse suhet kutsutakse neelamisvõimeks ning seega on musta keha neelamisvõime võrdne ühega.

Neelduvus, peegelduvus ja kiirgavus on kõik sõltuvad kiirguse lainepikkusest. Temperatuur määrab elektromagnetilise kiirguse lainepikkuste jaotuse. Näiteks värske lumi, mis on väga suure peegelduvusega (0.90), tundub valge peegelduva päikesevalguse tõttu, mille intensiivsus on tugevaim umbes 500 nanomeetri juures. Selle kiirgavus -5−5 °C juures on aga 0,99 ning sel juhul kiiratakse maksimaalselt 12 mikromeetri juures.

Keerukam tehnoloogia on madala kiirgusvõimega aknad, sest need peavad olema lisakaslisaks madalale kiirgusvõimele suure spektriala ulatuses ka läbipaistvad nähtavale valgusele.

*Kiirgustugevus kasvab temperatuuri tõustes järsult; see kasvab kui ''T''⁴, kus ''T'' on keha absoluutne temperatuur. Keha, mille temperatuur on võrdne elektriahju omaga, mis on umbes kaks korda suurem kui toatemperatuur Kelvini skaalas, kiirgab 16 korda rohkem energiat ühikulise pindala kohta. Keha, mille temperatuur on hõõgniidiga võrdne-- – umbes 3000 K, ehk 10 korda rohkem, kui toatemperatuur, kiirgab 10 000 korda rohkem energiat ühikulise pindala kohta. Musta keha kiirgusintensiivsus on võrdeline temperatuuri neljanda astmega, kus T on antud Kelvini skaalas. Seda iseloomustab [[Stefan-Boltzmanni seadus]].

kus <math>\alpha \,</math> iseloomustab spektraalse [[neelduvusvõime]] komponenti, <math>\rho \,</math> spektraalse peegelduse komponenti ja <math>\tau \,</math> spektraalse ülekande komponenti. Need elemendid on elektromagnetkiirguse lainepikkuse (<math>\lambda\,</math>) funktsioonid. Spektraalne neelduvus on võrdne [[kiirgusvõime]]ga <math>\epsilon \,</math>. Seda suhet tundaksetuntakse kui soojuskiirguse Kirchhoff'i seadust. Keha kutsutakse [[absoluutselt must keha|mustaks kehaks]], kui kõigil sagedustel kehtib valem:

Reaalsetes tingimustes kaotab toasoojas inimene märgatava osa energiast soojuskiirguse tõttu. Samas, võidab keha osa kiiratud energiat tagasi neelates soojust [[soojusjuhtivus|konduktsiooni]] kaudu ümbritsevatelt objektidelt ja [[metabolism]]i käigus eralduvast soojusest. Inimnaha kiirgavus on üsna lähedale ühele.<ref>{{cite journal |journal=Science |date=24 May 1963 |volume= 140 |issue= 3569 |pages= 870–877 |title= Thermography of the Human Body Infrared-radiant energy provides new concepts and instrumentation for medical diagnosis |author=R. Bowling Barnes |doi=10.1126/science.140.3569.870 |bibcode = 1963Sci...140..870B }}</ref> Allpool olevaid valemeid kasutades näeme, et inimene, kelle pindalal on umbes 2 ruutmeetrit ja temperatuur 37 [[kelvin|K]], kiirgab pidevalt umbes 1000 vatti. Kuna inimesed on enamasti siseruumides ümbritsetud kehadest temperatuuriga umbes 296 K, siis nad saavad tagasi 900 vatti ning seega on kogu kaotus vaid 100 vatti. Need arvutused on väga umbkaudsed ning sõltuvad erinevatest teguritest, nagu näiteks riiete kandmine.

Päikese energiat saab efektiivselt kasutada erinevate pindade omaduste tõttu. Näiteks kasvuhooned, mille seinad ja katus tehakse enamasti klaasist. Klaas on läbipaistev nähtavale(umbes 0.,4 µm <λ< 0.,8 µm) ja lühematele infrapunase piirkonna lainepikkustele, kuid see ei lase läbi pikemate lainepikkustega infrapunakiirgust (umbes λ>3 µm).<ref>Heat and Mass Transfer, Yunus A. Cengel and Afshin J. Ghajar, 4th Edition</ref> Seega laseb klaas läbi nähtavat valgust, kuid ei lase välja kasvuhoones olevate kehade soojuskiirgust. "Lõksu jäänud" kiirgust tunneme me [[soojus]]ena. Sellist nähtust nimetatakse [[kasvuhooneefekt]]iks ning seda nähtust tunneme näiteks ka siis, kui istume päikese käes seisnud autosse.

{{reflistviited}}