Όταν ένα ζεστό αντικείμενο θερμαίνεται γιατί η θερμική ακτινοβολία εκπέμπει αλλαγές;
1. Η θερμοκρασία και η ένταση της ακτινοβολίας
* Υψηλότερη θερμοκρασία, περισσότερη ακτινοβολία: Όσο πιο ζεστό παίρνει ένα αντικείμενο, τόσο πιο θερμική ενέργεια διαθέτει. Αυτή η υπερβολική ενέργεια απελευθερώνεται ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κυρίως στην υπέρυθρη περιοχή.
* Νόμος περί μετατόπισης του Wien: Αυτός ο νόμος αναφέρει ότι αυξάνεται η θερμοκρασία του αντικειμένου, το μέγιστο μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας μετατοπίζεται προς μικρότερα μήκη κύματος (πιο κοντά στο ορατό φως).
2. Ο νόμος και η φασματική διανομή του Planck
* ακτινοβολία μαύρου σώματος: Τα ιδανικά αντικείμενα (που ονομάζονται Blackbodies) εκπέμπουν ακτινοβολία σύμφωνα με το νόμο του Planck. Αυτός ο νόμος περιγράφει τη φασματική κατανομή της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας σε διαφορετικά μήκη κύματος.
* Μετατόπιση φάσματος: Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η κορυφή της φασματικής κατανομής μετατοπίζεται σε μικρότερα μήκη κύματος. Αυτό σημαίνει ότι το αντικείμενο εκπέμπει περισσότερη ακτινοβολία στις ορατές και σχεδόν υπέρυθρες περιοχές και λιγότερο στο μακρινό υπέρυθρο.
3. Αλλαγές χρώματος
* κόκκινο ζεστό έως λευκό ζεστό: Η αλλαγή στο μέγιστο μήκος κύματος της ακτινοβολίας είναι ο λόγος για τον οποίο βλέπουμε αλλαγές χρώματος σε θερμαινόμενα αντικείμενα. Ένα ζεστό αντικείμενο εμφανίζεται κόκκινο επειδή η κορυφαία εκπομπή του είναι στα μακρύτερα μήκη κύματος του ορατού φάσματος. Καθώς γίνεται θερμότερο, η κορυφή μετατοπίζεται σε μικρότερα μήκη κύματος, καθιστώντας το να φαίνεται πορτοκαλί, κίτρινο και τελικά λευκό ζεστό.
4. Ένταση και συνολική ενέργεια
* Νόμος Stefan-Boltzmann: Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι η συνολική ενέργεια που ακτινοβολείται από ένα μαύρο σώμα είναι ανάλογη προς την τέταρτη δύναμη της απόλυτης θερμοκρασίας του. Έτσι, μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε σημαντική αύξηση της συνολικής ενέργειας.
Συνοπτικά:
Η θέρμανση ενός αντικειμένου το προκαλεί να εκπέμπει περισσότερη θερμική ακτινοβολία, με το μέγιστο μήκος κύματος αυτής της ακτινοβολίας να μετατοπίζεται σε μικρότερα μήκη κύματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το αντικείμενο να εμφανίζεται φωτεινότερο και να αλλάζει χρώμα καθώς γίνεται θερμότερο. Η συνολική ποσότητα ενέργειας που ακτινοβολείται επίσης αυξάνεται δραματικά με τη θερμοκρασία.
