Elektromagnetické žiarenie

Elektromagnetické žiarenie má veľký rozsah vlnových dĺžok, podľa ktorých rozlišujeme druhy EM žiarenia (elektromagnetické spektrum).

c

l = ---

f

Ľudské oko je citlivé iba na malú časť spektra EM žiarenia, ktorú nazývame svetlo (l=380 nm až 780 nm vo vákuu). Dlhšie vlnové dĺžky má infračervené žiarenie, kratšie vlnové dĺžky má ultrafialové žiarenie. Týmito oblasťami EM žiarenia sa zaoberá optika.

Zdrojom EM žiarenia je zrýchlený pohyb častíc s elektrickým nábojom (napr. pri tepelnom pohybe elektrónov v rozžeravenom kove) alebo zmena energetického stavu atómu (napr. pri výboji v plyne). Podľa toho svetelné zdroje vysielajú žiarenie so spojitým alebo čiarovým spektrom. Tieto spektrá môžeme pozorovať spektroskopom ako emisné alebo absorpčné spektrá.

Spektrum vyžaruje zohriatá látka (napr. plyn vo výbojke) – emisné spektrum. V Bunsenovom kahane, ďalej plyny alebo pary žiariace vo výbojových trubiciach - čiarové spektrum. Keď svetlo prechádza prostredím, ktoré pohlcuje niektoré jeho zložky – absorpčné spektrum.

Charakteristické vlastnosti spektier sa využívajú pri spektrálnej analýze v oblasti infračerveného, viditeľného aj ultrafialového žiarenia. Pomocou analýzy sa zisťuje prítomnosť stopových látok. Spektrálna analýza je veľmi dôležitá pri poznávaní štruktúry atómov aj chemického zloženia vesmírnych objektov.

Rontgenovo – štruktúrna analýza umožňuje štúdium stavby pevných látok a zložitých molekúl.

Pri štúdiu tepelného žiarenia čierneho telesa boli objavené tieto zákony:

1. Wienov posunovací zákon: l_max T = b, kde b=2.9.10^-3 m.K. Vlnová dĺžka l_max, na ktorú pripadá maximum vyžarovania čierneho telesa, je nepriamo úmerná termodynamickej teplote T. So zvyšujúcou teplotou sa maximá posúvajú k menším vlnovým dĺžkam.

2. Stefanov – Boltzmannov zákon: M_e = sT⁴, kde s=5.67.10^-7 N.m^-2.K^-4. Energia vyžarovaná čiernym telesom za 1s sa zväčšuje so štvrtou mocninou termodynamickej teploty T.

Na základe štúdia žiarenie čierneho telesa sformuloval Max Planck hypotézu o kvantových vlastnostiach žiarenia. Táto hypotéza sa stala východiskom kvantovej teórie.

Základnou vlastnosťou spoločnou všetkým druhom EM žiarenia je prenos energie. Na posudzovanie energetických účinkov EM žiarenia sa používajú rádiometrické veličiny a pojmy. Pri posudzovaní účinkov EM žiarenia na ľudské oko sa používajú fotometrické pojmy a veličiny.

Jednotky rádiometrických veličín súvisia jednosucho s jednotkou výkonu:

[F_e] = W, [J_e]=W.m^-2, [I_e] = W.sr^-1

Z historických a praktických dôvodov bola zavedená ako základná fotometrická veličina svietivosť zdroja I. Jej jednotka kandela (cd) je šiestou základnou jednotkou SI. Fotometrické veličiny (svietivosť, svetelný tok atď.) musíme chápať ako analógiu rádiometrických veličín (žiarivosť, žiarivý tok atď.) posudzované podľa účinku na oko človeka.

Jednotky rádiometrických veličín sú:

[F] = lm, [I] = lm.sr

Žiarivý tok F_e – predstavuje energiu vyžiarenú zdrojom za 1 s. Je daný:

F_e = DE/Dt [F_e] = W = J.s^-1

Žiarivosť I_e: je podiel podielom toku DF_e a priestorového uhla DW, do ktorého je tento tok vyžarovaný

I_e=DF_e / DW [I_e]= W.sr^-1

Pomocou žiarivého toku je definovaná intenzita vyžarovania M_e

M_e = DF / DS

Svetelný tok F má podobné vlastnosti ako žiarivý tok. Bola zavedená ďalšia veličina svietivosť I.

I=DF/DW [I]=lm

Veličina charakterizujúca účinky svetla na určitej ploche sa nazýva osvetlenie E₀.

E₀=DF/DS [E₀]=lx DS=r²DW E₀=DF/r²DW E₀=I/r²

rádiometrické veličiny fotometrické veličiny

žiarivý tok F_e = DE / Dt svetelný tok F

žiarivosť I_e = DF_e / DW svietivosť I = DF / DW

hustota žiarivého toku hustota svetelného toku

A = DF_e / DS (osvetlenie) E₀ = DF / DS