Zračenje je fizički proces čiji je rezultat prijenos energije pomoću elektromagnetskih valova. Proces obrnut od zračenja naziva se apsorpcija. Razmotrimo ovo pitanje detaljnije i navedimo primjere zračenja u svakodnevnom životu i prirodi.
Fizika pojave zračenja
Svako tijelo se sastoji od atoma, koji su, pak, formirani od pozitivno nabijenih jezgri, i elektrona, koji formiraju elektronske ljuske oko jezgri 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 naziva se pobuđeno.
Postojanje različitih energetskih stanja atoma posljedica je činjenice da se njegovi elektroni mogu nalaziti na određenim energetskim razinama. Kada elektron prijeđe s više razine na nižu, atom gubi energiju koju zrači u okolni prostor u obliku fotona – čestice nosačaElektromagnetski valovi. Naprotiv, prijelaz elektrona s niže na višu razinu prati apsorpcija fotona.
Postoji nekoliko načina za prijenos elektrona atoma na višu energetsku razinu, što uključuje prijenos energije. To može biti i utjecaj vanjskog elektromagnetskog zračenja na razmatrani atom i prijenos energije na njega mehaničkim ili električnim sredstvima. Osim toga, atomi mogu primiti i zatim osloboditi energiju kemijskim reakcijama.
Elektromagnetski spektar
Prije nego prijeđemo na primjere zračenja u fizici, treba napomenuti da svaki atom emitira određene dijelove energije. To se događa jer stanja u kojima elektron može biti u atomu nisu proizvoljna, već strogo definirana. Sukladno tome, prijelaz između ovih stanja popraćen je emisijom određene količine energije.
Iz atomske fizike je poznato da fotoni nastali kao rezultat elektroničkih prijelaza u atomu imaju energiju koja je izravno proporcionalna njihovoj frekvenciji titranja i obrnuto proporcionalna valnoj duljini (foton je elektromagnetski val koji je karakteriziran brzinom širenja, duljinom i frekvencijom). Budući da atom tvari može emitirati samo određeni skup energija, to znači da su valne duljine emitiranih fotona također specifične. Skup svih ovih duljina naziva se elektromagnetski spektar.
Ako je valna duljina fotonaleži između 390 nm i 750 nm, tada govore o vidljivoj svjetlosti, budući da je osoba može percipirati vlastitim očima, ako je valna duljina manja od 390 nm, tada takvi elektromagnetski valovi imaju veliku energiju i nazivaju se ultraljubičastim, rendgenskim ili gama zračenja. Za duljine veće od 750 nm karakteristična je mala energija fotona, nazivaju se infracrveno, mikro ili radio zračenje.
Termičko zračenje tijela
Svako tijelo koje ima temperaturu različitu od apsolutne nule zrači energiju, u ovom slučaju govorimo o toplinskom ili toplinskom zračenju. U tom slučaju temperatura određuje i elektromagnetski spektar toplinskog zračenja i količinu energije koju tijelo emitira. Što je temperatura viša, tijelo više energije zrači u okolni prostor, a njegov se elektromagnetski spektar više pomiče u visokofrekventno područje. Procesi toplinskog 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 elektromagnetskih valova, ali se taj proces ne može uvijek vidjeti golim okom, budući da su temperature tijela koja nas okružuju obično preniska, pa je njihov spektar leži u niskofrekventnom nevidljivom za ljudsko područje.
Upečatljiv primjer zračenja u vidljivom rasponu je električna žarulja sa žarnom niti. Prolazeći u spiralu, električna struja zagrijava volframovu nit do 3000 K. Tako visoka temperatura uzrokuje da žarna nit emitira elektromagnetske valove, maksimalnokoji spadaju u dugovalni dio vidljivog spektra.
Još jedan primjer zračenja u domu je mikrovalna pećnica, koja emitira mikrovalove nevidljive ljudskom oku. Te valove apsorbiraju predmeti koji sadrže vodu, čime se povećava njihova kinetička energija i, kao rezultat, njihova temperatura.
Konačno, primjer zračenja u svakodnevnom životu u infracrvenom području je radijator radijatora. Ne vidimo njegovo zračenje, ali osjećamo njegovu toplinu.
Prirodni blistavi objekti
Možda najupečatljiviji primjer zračenja u prirodi je naša zvijezda - Sunce. Temperatura na površini Sunca je oko 6000 K, pa njegovo maksimalno zračenje pada na valnoj duljini od 475 nm, odnosno leži unutar vidljivog spektra.
Sunce zagrijava planete oko sebe i njihove satelite, koji također počinju svijetliti. Ovdje je potrebno razlikovati reflektiranu svjetlost i toplinsko zračenje. Dakle, naša se Zemlja može vidjeti iz svemira u obliku plave lopte upravo zahvaljujući reflektiranoj sunčevoj svjetlosti. Ako govorimo o toplinskom zračenju planeta, onda se ono također događa, ali leži u području mikrovalnog spektra (oko 10 mikrona).
Osim reflektirane svjetlosti, zanimljivo je navesti još jedan primjer zračenja u prirodi, koji se povezuje sa cvrčcima. Vidljiva svjetlost koju emitiraju 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 jenaziv bioluminiscencije.
