Soojuskiirgus (0)

Soojuskiirgus

Kõik kehad, mille temperatuur on üle 0C K, kiirgavad soojus kiirgust kõikidel lainepikkustel.
Mida suurem on keha temp, seda suurem on kiirguse võimsus.
Kiiratava energia jaotus sõltub temperatuurist.
Mida kõrgem on temperatuur seda lühematele lainepikkustele nihkub el.mag. laine kiirguse jaotuse maksimum
Iseloomustavad suurused:
1). Energeetiline valgsus, e integraalne kiirgusvõime
Keha pinnaphikult ajaühiku jooksul kiiratud energia.
Keha pinnaühikult kiiratud võimsus.
E – Kiiratud energia; t – ajaühik; S – pindalaühik; P - võimsus
2). Diferentsiaalne kiirgusvõime
3). Neeldumisvõime (iga keha mis kiirgab energiat, samas ka neelab seda)
E – neeldunud energia; E0 – Langenud energia
kui keha a=1 siis nimetatakse keha absoluutselt mustaks kehaks – ta neelab kogu temale langenud kiirguse
Soojuslik tasakaal kahe keha vahel:
Kui ühe keha T on suurem kui teise oma siis ta ka kiirgab rohkem energiat kui teine keha. Samas langeb esimese keha T (üha vähem hakkab ta kiirgama ). Teine keha neelab teine keha esimese keha kiirgust, mille tulemusena hakkab teise keha T tõusma. Tõuseb ka teise keha kiirgus võime ja ta hakkab hoopis esimest keha soojendama. Niimoodi “pendeldades” saavutavad kaks keha lõppuks tasakaalu.
Keha temperatuur ja kiirgus on omavahel tasakaalus
abs. must keha on kõige parema kiirgus võimega. Ta hakkab hõõguma madalamal T kui valge keha
A R
bsoluutselt musta keha kiirguse seadused:
Kõrgema temp.-ga keha kiirgab sama pindalaühikult rohkem energiat kui madalama temp.-ga keha
1). Stephani-Boltzmani seadus:

• abs. musta keha energ.valgsus on võrdeline selle keha abs. temp. neljanda astmega.
  

= 5,67*10-8 W/m2*K4 - Stef .-Boltz. konstant
2). Wieni nihke seadus:

• abs. musta keha kiirguse max on pöördvõrdeline selle keha temp.-ga.
  

b = 3,0*10-3 m*K - Wieni konstant

Valgusallikad

1. Kuumutatud kehad
2 hõõglambi kasutegur – 5%, kuna kiirguse max asub pikkadel lainepikkustel
valguse kiirgamiseks kulub ainult 5% kogu kiiratavast energiast
.”külmad kehad”- luminestsents
Kuumutatud kehad – lambipirnid (hõõgniit)
Wolframist hõõgniit hakkab temp. tõustes hõõguma ning valgust kiirgama.
Hõõgniit on W, kuna W sulamis temp on vägasuur.
Hõõglamp:

• Klaasist suletud anumas on hõrendatud gaas (võimalikult vähe hapnikku ,et W ei saaks oksüdeeruda)
  
• Hõõgniidist juhitakse läbi el.vool, mille tulemusena hakkab see hõõguma ning valgust kiirgama.
  

L

• W-juht ei ole ühtlane
  
• W hakkab kõrgematel temp-del kiiremini oksüdeeruma
  
• kitsamates kohtades suureneb voolu tihedus (J=I/S), millega koos tõuseb ka kitsama juhtmelõigu temp.
  
• Kui W on kõik ära aurustunud , juht katkeb ja lamp kustub ära .
  

äbipõlemine:

• Kõrgetel temp.-del Wolfram (W) aurustub ning liigub tänu diffusioonile eemale
  
• Madlalamatel temp-del (klaaspinna lähedal) reageerib W Joodiga (I)
  
• Kõrgematel temp.-del liigub reaktsiooni tasakaal W-jodiidi lagunemise poole
  
• kuumemates kohtades laguneb WI-ühend ning W sadeneb peenematele hõõgniidi kohtadele
  
• tulemuseks võimaldab see tõsta hõõgniidi temp.-i
  
• hõõglambi kasutegur suureneb ~10%
  

Keemiline transportatsioon:
Luminesents – “külm kiirgus”
Luminofoorid – valgust (kiirgust) kiirgavad kehad ( klaaskeha sisepinnal)

• Kemoluminesents
  

Keemiliste reaktsioonide arvel tekkinud energia abil ergastatakse luminofoore, mis hakkavad kiirgama kiirgust

• Triboluminestsents
  

Mehaanilese töö arvelt tekkinud energia abil ergastatakse luminofoore, mis hakkavad kiirgama kiirgust
- Fotoluminestsents
L

• klaastorus olevat Hg auru (hõrendatud) ergastatakse el.vooluga
  
• Hg aatomid oma normaalolekusse naastes kiirgavad footoneid (suure energia-suure sagedusega)
  
• kiiratavaid footoneid on palju tänu lisanditele (palju energia nivoosid Hg aatomites)
  
• suurema lainepikkusega kiirgus ergastab luminofoori
  
• luminofoor hakkab kiirgama valguse lainepikkusel olevat kiirgust
  

uminesents lambid e. päevavalguslambid:
Valgus (ja igasugune , ka elektromagnetlaine) kannab energiat, kujutades endast energiavoogu. Seetõttu peab kiirgusallikas seda energiat tootma . Usume, et iseenesest energia ei teki; järelikult valgusallikas toimub mingite teiste energialiikide muutumine valguskiirguseks. Füüsika tunneb üsna palju selliseid energia muundumise liike, aga 99.9% valgusest tekib looduses ja tehnikas aineosakeste soojusliikumise arvel. Seda kuumutatud kehade kiirgust nimetatakse soojuslikuks kiirguseks e. lühemalt soojuskiirguseks (mitte segi ajada infrapunase kiirgusega, mida mõnikord samuti soojuskiirguseks nimetame). Valgus ei teki iseenesest; kiirgajateks on aineosakesed, mille (sise)energia muundub valguseks. Kui kehade poolt kiiratav valgus tekib soojusliikumise arvel, nimetatakse tekkivat kiirgust soojuskiirguseks.
Luminestsents ehk "külm valgus". Enne, kui asuda soojuskiirguse valemite tuletamisele, paneme lühidalt kirja põhilise, mis eristab teisi kiirguse liike. Soojuskiirguse intensiivsus sõltub keha temperatuurist ja pinna omadustest; kui mingi keha kiirgab rohkem, kui ta peaks kiirgama antud temperatuuril, on tegemist luminestsentsiga (lad. = valgus). Mittesoojusliku tekkemehhanismiga kiirgusi nimetatakse üldnimega luminestsents.
"Normaalsest" madalama temperatuuri tõttu nimetatakse luminestsentsi ka külmaks valguseks. Luminestsentsi põhjused peituvad aine ehituses. Mõnikord eraldub valguse kujul keemiliste reaktsioonide käigus eralduv energia - seda nähtust nim. kemoluminestsentsiks. Viimase alamliigiks on bioluminestsents - mõnede organismide helendumine, tavaliselt liigisisese signalisatsiooni eesmärgil. Kui siia lisada veel teatud ainete võime valgust "salvestada", st. pärast valgustamist jätkata kiirgamist teatud aja vältel (nim. fosforestsentsiks, kuna nähtust täheldati kõigepealt fosforiühendite juures), ongi looduslik luminestsents ammendatud. Tehnika tunneb aga veel mõnesid luminestsentsi alaliike. Näiteks noortemoes tooni andvad erksad värvid põhinevad fotoluminestsentsil e. fluorestsentsil (viimane nimetus tuleneb asjaolust, et nende ainete hulgas on rohkesti fluoriühendeid). Eriti hämaras valguses silma torkav helendumine on põhjustatud nende värvainete omadusel teisendada kogu temale langev kiirgus kindlasse spektrivahemikku. Seejuures kehtib ( kvantmehaanika ) seadus, et neeldunud valguse lainepikkus peab olema väiksem kiirguva omast. Jälgige teile armsaid pluusikesi-mütsikesi - hõõglambi kollases (suure lainepikkusega) valguses tuhmuvad kõik sinised-rohelised toonid ja ainsana helendub nn. signaalpunane (mis oli üldse esimene kasutusele võetud fluorestsent). Seevastu päevavalguses ja luminestsentslampide all on kõige erksamad just sinised toonid.
Tunneme veel

• radioluminestsentsi (helendumine kiirete osakeste, näit, elektronide voo mõjul),
  
• elektroluminestsentsi (helendumine staatilises elektriväljas),
  
• triboluminestsentsi (helendumine mehaaniliste deformatsioonide toimel),
  
• termoluminestsentsi jms.
  

Üks universaalsemaid luminofoore on tsinksulfiid . See lihtne ja suhteliselt odav aine helendub pea kõigi võimalike mõjutuste tagajärjel. Pisut häirib tema ebameeldivalt sinakas toon, mida viimasel ajal edukalt "muudetakse meeldivamaks", segades temasse noidsamu fluorestseeruvaid värve. Tsinksulfiid on asendamatu röntgen- ja ultraviolettkiirte muundaja, ta töötab nii teleekraanil, päevavalguslampides kui radioaktiivse kiirguse indikaatorites.
Energeetilisest seisukohast toimub luminestsentsi korral keha siseenergia muundumine valguseks. Siseenergia tüüp pole siin oluline, niisamuti kui selle allikad.

Vaata ka

http://www.obs.ee/~jaak/loengud/teine/yheksas/yheksateist.html