Sálání
Sálání (též vyzařování, radiace) je fyzikální proces, při kterém látka emituje do prostoru energii ve formě elektromagnetického záření. Na rozdíl od přenosu tepla vedením nebo prouděním se může prostřednictvím sálání teplo šířit i ve vakuu, tzn. bez zprostředkování přenosu látkovým prostředím.
Látka libovolného skupenství je schopná absorbovat a vyzařovat elektromagnetické záření. Vyzařování a absorpce jsou spolu úzce spojené protože jsou založené na stejném mechanizmu, pouze s opačným znaménkem času. Platí, že pokud látka efektivně absorbuje určitou vlnovou délku světla, pak ji musí být schopná i efektivně vyzařovat a naopak.[1] Chování těles, které by se tímto pravidlem neřídily, by porušovalo zákony termodynamiky, protože by mohly existovat termodynamické systémy, které nikdy nedojdou k rovnováze.
Největší zářivý výkon pak má těleso, které je schopné dokonale pohlcovat veškeré záření. Takové teoretické těleso se nazývá absolutně černé těleso a po něm je pojmenováno záření absolutně četného tělesa, které představuje výkonnostně nejsilnější možné tepelné sálání. Dle argumentace výše je absolutně černé těleso zároveň ideálním tepelným zářičem. Množství vyzářené energie absolutně černým tělesem v závislosti na frekvenci záření je popsáno Planckovým vyzařovacím zákonem.
Vzařovaná energie závisí na:
- teplotě tělesa - celkov zářivý výkon je úměrný čtvrté mocnině termodynamické teplotě tělesa T v Kelvinech
- barvě povrchu – nejměně vyzařují stříbřitě lesklými povrchy, více tmavé a nejvíce černé
- ploše povrchu – energie vyzařovaná sáláním je přímo úměrná velikosti povrchu tělesa
Všechny skutečné materiály vyzařují alespoň trochu menší výkon, než absolutně černé těleso. Je však možné se mu dobře přiblížit. Z toho důvodu se některé chladiče a obálky elektronických součástek barví načerno, protože pak mají tendenci být lepšími tepelnými zářiči a lépe tak odvádět teplo. Naopak se například jídlo balí do lesklé fólie, protože i když je kovová fólie dobrý vodič tepla, lesklý povrch zamezuje ztrátám tepla sáláním. Poměr výkonu záření proti černému tělesu se nazývá emisivita. Při teplotách nad 1000 °C je pro většinu materiálů rozdíl zanedbatelný a s malou chybou lze počítat s tím, že se tělesa chovají jako absolutně černá.
Teoreticky se sáláním zabývá termodynamika záření a statistická fyzika fotonového plynu. Sáláni popisuje zejména:
- Planckův vyzařovací zákon - popisuje spektrální zářivost absolutně černého tělesa
- Wienův posunovací zákon - vychází z Planckova zákona - tvrdí, že teplejší tělesa vyzařují spíše kratší vlnové délky
- Kirchhoffův zákon – říká, že spektrální absorpce a sálání jsou si úměrné, konstanta úměrnosti přitom závisí pouze na teplotě a vlnové délce záření
- Bolzmannova zákona - předpovídá závislost zářivého výkonu na teplotě, lze jej získat integrací Planckova zákona
Vznik
editovatLátky jsou složeny z atomů, které jsou složené z nabitýcch částic. Atomy se mezi sebou mohou také mezi sebou spontánně i trvale polarizovat, čímž vytvářejí elektrické dipóly. Všechny částice v látkách se kvůli tepelné energii nahodile pohybují. Pohyby částic způsobují změny ve velikosti dipólů, čímž vzniká dipólové záření. Celkový zářivý výkon dipólu je úměrný druhé mocnině jeho zrychlení.[2] Pomocí této zjednodušené představy o vzniku tepelného záření lze odůvodnit fakt, že sálání roste velmi rychle s rostoucí teplotou.
Pro odvození přesné formy Planckova zákona je nutné použít myšlenku o kvantování energie do energetických hladin a látku zjednodušeně považovat za soustavu kvantových harmonických oscilátorů, kde se každý atom pohybuje v potenciálové jámě a tvoří tak oscilátor.[3][pozn. 1]
Odkazy
editovatPoznámky
editovat- ↑ v tomto případě se ještě musí zanedbat oscilace atomů při nulové teplotě, ale jinak je odvození přímočaré
Reference
editovat- ↑ ŠTOLL, Ivan; TOLAR, Jiří; JEX, Igor. Klasická teoretická fyzika. 2. vyd. Praha: Karolinum, 2024. 323 s. ISBN 978-80-246-5779-0. S. 350. [dále jen Štoll].
- ↑ Štoll, str. 362
- ↑ CALLEN, Herbert B. Thermodynamics and an introduction ot Thermostatistics. 2. vyd. Singapur, Singapur: John Wiley & sons, 1986. 493 s. S. 368–369. (anglicky)
