Žiarenie je fyzikálny proces, ktorého výsledkom je prenos energie pomocou elektromagnetických vĺn. Opačný proces k žiareniu sa nazýva absorpcia. Pozrime sa na tento problém podrobnejšie a tiež uvedieme príklady žiarenia v každodennom živote a prírode.
Fyzika výskytu žiarenia
Akékoľvek teleso sa skladá z atómov, ktoré sú zase tvorené kladne nabitými jadrami, a elektrónov, ktoré tvoria elektrónové obaly okolo jadier a sú záporne nabité. Atómy sú usporiadané tak, že môžu byť v rôznych energetických stavoch, to znamená, že môžu mať vyššiu aj nižšiu energiu. Keď má atóm najnižšiu energiu, hovorí sa, že je to jeho základný stav, akýkoľvek iný energetický stav atómu sa nazýva excitovaný.
Existencia rôznych energetických stavov atómu je spôsobená skutočnosťou, že jeho elektróny sa môžu nachádzať na určitých energetických úrovniach. Keď sa elektrón presunie z vyššej úrovne na nižšiu, atóm stráca energiu, ktorú vyžaruje do okolitého priestoru vo forme fotónu - nosnej časticeelektromagnetické vlny. Naopak, prechod elektrónu z nižšej na vyššiu úroveň je sprevádzaný absorpciou fotónu.
Existuje niekoľko spôsobov prenosu elektrónu atómu na vyššiu energetickú hladinu, ktoré zahŕňajú prenos energie. Môže to byť vplyv vonkajšieho elektromagnetického žiarenia na uvažovaný atóm a prenos energie naň mechanickými alebo elektrickými prostriedkami. Okrem toho môžu atómy prijímať a následne uvoľňovať energiu prostredníctvom chemických reakcií.
Elektromagnetické spektrum
Skôr než prejdeme k príkladom žiarenia vo fyzike, treba poznamenať, že každý atóm vyžaruje určité časti energie. Stáva sa to preto, že stavy, v ktorých môže byť elektrón v atóme, nie sú ľubovoľné, ale sú prísne definované. V súlade s tým je prechod medzi týmito stavmi sprevádzaný emisiou určitého množstva energie.
Z atómovej fyziky je známe, že fotóny generované v dôsledku elektronických prechodov v atóme majú energiu, ktorá je priamo úmerná frekvencii ich oscilácií a nepriamo úmerná vlnovej dĺžke (fotón je elektromagnetická vlna, ktorá je charakteristická rýchlosťou šírenia, dĺžkou a frekvenciou). Keďže atóm látky môže vyžarovať len určitý súbor energií, znamená to, že vlnové dĺžky emitovaných fotónov sú tiež špecifické. Súbor všetkých týchto dĺžok sa nazýva elektromagnetické spektrum.
Ak vlnová dĺžka fotónuleží medzi 390 nm a 750 nm, potom sa hovorí o viditeľnom svetle, pretože ho človek môže vnímať na vlastné oči, ak je vlnová dĺžka menšia ako 390 nm, potom takéto elektromagnetické vlny majú vysokú energiu a nazývajú sa ultrafialové, röntgenové alebo gama žiarenia. Pre dĺžky väčšie ako 750 nm je charakteristická malá energia fotónu, nazývajú sa infračervené, mikro- alebo rádiové žiarenie.
Tepelné žiarenie telies
Každé teleso, ktoré má nejakú inú teplotu ako absolútnu nulu, vyžaruje energiu, v tomto prípade hovoríme o tepelnom alebo tepelnom žiarení. Teplota v tomto prípade určuje ako elektromagnetické spektrum tepelného žiarenia, tak aj množstvo energie vyžarovanej telom. Čím je teplota vyššia, tým viac energie telo vyžaruje do okolitého priestoru a tým viac sa jeho elektromagnetické spektrum posúva do vysokofrekvenčnej oblasti. Procesy tepelného žiarenia sú opísané zákonmi Stefana-Boltzmanna, Plancka a Wiena.
Príklady žiarenia v každodennom živote
Ako už bolo spomenuté vyššie, absolútne každé teleso vyžaruje energiu vo forme elektromagnetických vĺn, no tento proces nie je možné vždy vidieť voľným okom, keďže teploty tiel, ktoré nás obklopujú, sú zvyčajne príliš nízke, takže ich spektrum leží v nízkofrekvenčnej oblasti neviditeľnej pre ľudskú oblasť.
Pozoruhodným príkladom žiarenia vo viditeľnom rozsahu je elektrická žiarovka. Elektrický prúd prechádzajúci špirálou ohrieva volfrámové vlákno až na 3000 K. Takáto vysoká teplota spôsobuje, že vlákno vyžaruje elektromagnetické vlny, max.ktoré spadajú do dlhovlnnej časti viditeľného spektra.
Ďalším príkladom žiarenia v domácnosti je mikrovlnná rúra, ktorá vyžaruje mikrovlny neviditeľné pre ľudské oko. Tieto vlny sú absorbované predmetmi obsahujúcimi vodu, čím sa zvyšuje ich kinetická energia a v dôsledku toho aj ich teplota.
Na záver, príkladom žiarenia v každodennom živote v infračervenom rozsahu je žiarič žiariča. Nevidíme jeho vyžarovanie, ale cítime jeho teplo.
Prirodzené žiarivé objekty
Asi najvýraznejším príkladom žiarenia v prírode je naša hviezda – Slnko. Teplota na povrchu Slnka je asi 6000 K, takže jeho maximum žiarenia dopadá na vlnovú dĺžku 475 nm, to znamená, že leží vo viditeľnom spektre.
Slnko ohrieva planéty okolo seba a ich satelity, ktoré tiež začínajú žiariť. Tu je potrebné rozlišovať odrazené svetlo a tepelné žiarenie. Takže našu Zem je možné vidieť z vesmíru vo forme modrej gule práve vďaka odrazenému slnečnému žiareniu. Ak hovoríme o tepelnom žiarení planéty, tak to tiež prebieha, ale leží v oblasti mikrovlnného spektra (asi 10 mikrónov).
Okrem odrazeného svetla je zaujímavé uviesť aj ďalší príklad žiarenia v prírode, ktoré sa spája s cvrčkami. Nimi vyžarované viditeľné svetlo nijako nesúvisí s tepelným žiarením a je výsledkom chemickej reakcie medzi vzdušným kyslíkom a luciferínom (látka obsiahnutá v bunkách hmyzu). Tento jav jenázov bioluminiscencie.
