Vypracovala: B. Horváthová

 
 
Názov infračerveného žiarenia pochádza z latinčiny: infra - pod. Toto žiarenie má vlnové dĺžky väčšie ako svetlo v červenej oblasti spektra. Vlnová dĺžka je v rozsahu 760nm – 1mm. Toto žiarenie objavil William Herschel v roku 1800. Je to elektromagnetické vlnenie a platia preň rovnaké zákony ako pre svetlo.

Infračervené žiarenie preniká zakaleným prostredím ľahšie ako svetlo, takže pomocou infračerveného žiarenia môžeme vidieť aj za hmly aj tmy.

Zdrojom infračerveného žiarenia je každé teleso, každý živý organizmus s teplotou o hodne menšou ako 4000 K.

Využitie: Často sa využíva na prenos informácií na krátke vzdialenosti - diaľkové ovládače. Rôzna prenikavosť sa využíva na detegovanie materiálu.

Infračervená kamera s vysokým rozlíšením pomáha pri nočnom videní, ktoré sa používa nielen na vojenské účely ale čoraz viac aj v civilnej sfére.

Zaujímavé sú aj liečebné účely. Nahrievanie tela pomocou infračerveného žiarenia sa väčšinou využíva na liečenie zápalov. Keď tkanivá ľudského tela absorbujú infračervené žiarenie, potom podávajú lepší výkon.

Telesá zohriate na vyššiu teplotu vyžarujú elektromagnetické vlnenie. Pri teplotách okolo 525°C vysiela väčšinou teleso infračervené žiarenie. Pri teplote 700°C žiari teleso tmavočerveno, 1100°C žiari teleso oranžovo-červeno, pri 1300°C žiari bielo, pri 3000°C modro-bielo.

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/PlanckianLocus.png/303px-PlanckianLocus.png


Pri štúdiu tepelného žiarenia vedci zistili, že vyžarované spektrum závisí nielen od teploty, ale aj od chemického zloženia a štruktúry telesa. Ukázalo sa, že najjednoduchšie bude žiarenie telesa, ktoré pohlcuje všetku dopadajúcu žiarivú energiu a neskôr ju vysiela ako tepelné žiarenie.

Takéto ideálne teleso vedci nazvali čierne teleso. Skúsenosti ukázali, že čierne teleso možno realizovať dutinou so začiernenými vnútornými stenami a malým otvorom, ktorým žiarenie vystupuje. Pri mnohonásobných dopadoch a odrazoch na stenách dutiny sa toto žiarenie pohlcuje a opäť je dutinou vyžarované.

Zdroj: Fyzika pre 4. Ročník gymnázií, Ján Pišút a kol.


Otvorom vychádza len malá časť žiarenia, takže tepelná rovnováha sa podstatne nenaruší.
 
Pri pokusoch sa používa dutina v tvare dlhej úzkej trubice z ťažko taviteľného materiálu.
Trubica sa vkladá do elektrickej piecky, kde sa jej steny zohrejú na požadovanú teplotu T.
žiarenie vychádzajúce z otvoru má potom vlastnosti ako žiarenie čierneho telesa.

Vyžarovanie energie v závislosti od vlnových dĺžok v spektre žiarenia čierneho telesa bolo preskúmané koncom devätnásteho storočia.

Zdroj: Fyzika pre 4. Ročník gymnázií, Ján Pišút a kol.

 



Zlomok ΔE/Δλ sa nazýva spektrálna hustota intenzity vyžarovania. Plocha vyšrafovaného obdĺžnika je úmerná energii vyžiarenej v tomto intervale vlnových dĺžok jednotkou plochy čierneho telesa za 1 s.

Každá krivka na tomto obrázku má výrazné maximum pri istej vlnovej dĺžke λmax. So zvyšujúcou sa teplotou T sa toto maximum posúva ku kratším vlnovým dĺžkam. Tieto maximá spája čiarkovaná krivka m. Podrobnejším štúdiom tejto krivky by sme prišli k záveru, že platí

λmax T = b,

b = 2,9×10−3 m*K. Tento vzťah sa nazýva Wienov posunovací zákon.


Z neho vyplýva, že vlnová dĺžka λmax, na ktorú pripadá maximum vyžarovania čierneho telesa, je nepriamo úmerná termodynamickej teplote T.


celková energia vyžiarená pri danej teplote T povrchom čierneho telesa za l s je úmerná plošnému obsahu obrazca vymedzeného krivkou danej teploty a osou x. Keby sme merali plošné obsahy uvedených obrazcov pre krivky s rozličnou teplotou, dostali by sme Stefanov-Boltzmannov zákon

Me = sT4

Kde konštanta s = 5,67×10−8 W · m−2 · K−4. Zo zákona vyplýva, že intenzita vyžarovania čierneho telesa sa zväčšuje so štvrtou mocninou termodynamickej teploty čierneho telesa.
 
Vysvetlenie tvaru kriviek sa podarilo až v roku 1900 nemeckému fyzikovi Max Planckovi.

Zdroj: http://www.ota-berlin.de/blog/wp-content/Max_planck1.jpg


Planck vyslovil predpoklad, ktorý bol cudzí duchu klasickej fyziky, že energia žiarenia je stenami dutiny pohlcovaná a vyžarovaná nespojite, po určitých kvantách energie.

 

Úlohy:

1) Kde sa môže využívať infračervené žiarenie?
2) Definujte čierne teleso.
3) Čo vyplýva z Wienovho posunovacieho zákona?


Použitá literatúra:
Fyzika pre 4. Ročník gymnázií, Ján Pišút a kol.