Zračenje je fizički proces čiji je rezultat prijenos energije pomoću elektromagnetnih valova. Proces obrnut od zračenja naziva se apsorpcija. Razmotrimo ovo pitanje detaljnije i dajemo primjere zračenja u svakodnevnom životu i prirodi.
Fizika pojave radijacije
Svako tijelo se sastoji od atoma, koji su, zauzvrat, formirani od pozitivno nabijenih jezgara, i elektrona, koji formiraju elektronske ljuske oko jezgara i negativno su nabijeni. Atomi su raspoređeni na način da mogu biti u različitim energetskim stanjima, odnosno mogu imati i veću i nižu energiju. Kada atom ima najnižu energiju, kaže se da je to njegovo osnovno stanje, bilo koje drugo energetsko stanje atoma se naziva pobuđenim.
Postojanje različitih energetskih stanja atoma je zbog činjenice da se njegovi elektroni mogu nalaziti na određenim energetskim nivoima. Kada se elektron pomakne sa višeg nivoa na niži, atom gubi energiju koju zrači u okolni prostor u obliku fotona - čestice nosača.elektromagnetnih talasa. Naprotiv, prijelaz elektrona sa nižeg na viši nivo je praćen apsorpcijom fotona.
Postoji nekoliko načina da se elektron atoma prenese na viši energetski nivo, što uključuje prijenos energije. To može biti kako utjecaj vanjskog elektromagnetnog zračenja na razmatrani atom, tako i prijenos energije na njega mehaničkim ili električnim putem. Osim toga, atomi mogu primiti, a zatim osloboditi energiju kroz hemijske reakcije.
Elektromagnetski spektar
Pre nego što pređemo na primere zračenja u fizici, treba napomenuti da svaki atom emituje određene delove energije. To se događa zato što stanja u kojima elektron može biti u atomu nisu proizvoljna, već strogo definirana. Shodno tome, prijelaz između ovih stanja je praćen emisijom određene količine energije.
Iz atomske fizike je poznato da fotoni nastali kao rezultat elektronskih prelaza u atomu imaju energiju koja je direktno proporcionalna njihovoj frekvenciji oscilovanja i obrnuto proporcionalna talasnoj dužini (foton je elektromagnetski talas koji karakteriše po brzini širenja, dužini i frekvenciji). Budući da atom tvari može emitovati samo određeni skup energija, to znači da su i valne dužine emitiranih fotona specifične. Skup svih ovih dužina naziva se elektromagnetski spektar.
Ako je talasna dužina fotonaleži između 390 nm i 750 nm, tada govore o vidljivoj svjetlosti, budući da je osoba može percipirati vlastitim očima, ako je valna dužina manja od 390 nm, onda takvi elektromagnetski valovi imaju veliku energiju i nazivaju se ultraljubičastim, rendgenskim ili gama zračenja. Za dužine veće od 750 nm karakteristična je mala energija fotona, nazivaju se infracrveno, mikro ili radio zračenje.
Termičko zračenje tijela
Bilo koje tijelo koje ima neku temperaturu različitu od apsolutne nule zrači energiju, u ovom slučaju govorimo o toplotnom ili toplotnom zračenju. U ovom slučaju, temperatura određuje i elektromagnetski spektar toplinskog zračenja i količinu energije koju tijelo emituje. Što je temperatura viša, to tijelo više energije zrači u okolni prostor, a njegov elektromagnetski spektar se više pomjera u područje visoke frekvencije. Procesi toplotnog zračenja opisuju se zakonima Stefan-Boltzmanna, Plancka i Wiena.
Primjeri zračenja u svakodnevnom životu
Kao što je već spomenuto, apsolutno svako tijelo zrači energiju u obliku elektromagnetnih valova, ali ovaj proces se ne može uvijek vidjeti golim okom, jer su temperature tijela koja nas okružuju obično preniska, pa je njihov spektar leži u niskofrekventnoj nevidljivoj za ljudsko područje.
Upečatljiv primjer zračenja u vidljivom opsegu je električna žarulja sa žarnom niti. Prolazeći u spiralu, električna struja zagrijava volframovu nit do 3000 K. Ovako visoka temperatura uzrokuje da filament emituje elektromagnetne valove, maksimalnokoji spadaju u dugotalasni dio vidljivog spektra.
Još jedan primjer radijacije u kući je mikrovalna pećnica, koja emituje mikrovalne pećnice nevidljive ljudskom oku. Ove talase apsorbuju objekti koji sadrže vodu, čime se povećava njihova kinetička energija i, kao rezultat, njihova temperatura.
Konačno, primjer zračenja u svakodnevnom životu u infracrvenom opsegu je radijator radijatora. Ne vidimo njegovo zračenje, ali osjećamo njegovu toplinu.
Prirodni blistavi objekti
Možda najupečatljiviji primjer radijacije u prirodi je naša zvijezda - Sunce. Temperatura na površini Sunca je oko 6000 K, tako da njegovo maksimalno zračenje pada na talasnoj dužini od 475 nm, odnosno leži unutar vidljivog spektra.
Sunce zagreva planete oko sebe i njihove satelite, koji takođe počinju da sijaju. Ovdje je potrebno razlikovati reflektovanu svjetlost i toplinsko zračenje. Dakle, naša Zemlja se može vidjeti iz svemira u obliku plave lopte upravo zahvaljujući reflektiranoj sunčevoj svjetlosti. Ako govorimo o toplotnom zračenju planete, onda se i ono dešava, ali leži u području mikrotalasnog spektra (oko 10 mikrona).
Pored reflektovane svjetlosti, zanimljivo je navesti još jedan primjer radijacije u prirodi, koja se povezuje sa cvrčcima. Vidljiva svjetlost koju emituju ni na koji način nije povezana s toplinskim zračenjem i rezultat je kemijske reakcije između atmosferskog kisika i luciferina (tvar sadržana u stanicama insekata). Ovaj fenomen jestenaziv bioluminiscencije.
