Излъчването е физически процес, резултатът от който е пренос на енергия с помощта на електромагнитни вълни. Процесът, обратен на радиацията, се нарича абсорбция. Нека разгледаме този въпрос по-подробно и също така да дадем примери за радиация в ежедневието и природата.
Физика на появата на радиация
Всяко тяло се състои от атоми, които от своя страна са образувани от положително заредени ядра и електрони, които образуват електронни обвивки около ядрата и са отрицателно заредени. Атомите са подредени по такъв начин, че могат да бъдат в различни енергийни състояния, тоест могат да имат както по-висока, така и по-ниска енергия. Когато атомът има най-ниска енергия, се казва, че е основното му състояние, всяко друго енергийно състояние на атома се нарича възбудено.
Съществуването на различни енергийни състояния на атома се дължи на факта, че неговите електрони могат да бъдат разположени на определени енергийни нива. Когато електронът се движи от по-високо ниво на по-ниско, атомът губи енергия, която излъчва в околното пространство под формата на фотон - частица носителелектромагнитни вълни. Напротив, преходът на електрон от по-ниско към по-високо ниво се придружава от поглъщане на фотон.
Има няколко начина за прехвърляне на електрона на атома на по-високо енергийно ниво, което включва пренос на енергия. Това може да бъде както въздействието върху разглеждания атом на външно електромагнитно излъчване, така и прехвърлянето на енергия към него чрез механични или електрически средства. В допълнение, атомите могат да приемат и след това освобождават енергия чрез химични реакции.
Електромагнитен спектър
Преди да преминем към примери за радиация във физиката, трябва да се отбележи, че всеки атом излъчва определени порции енергия. Това се случва, защото състоянията, в които може да бъде електрон в атом, не са произволни, а строго определени. Съответно, преходът между тези състояния е придружен от излъчване на определено количество енергия.
От атомната физика е известно, че фотоните, генерирани в резултат на електронни преходи в атом, имат енергия, която е пряко пропорционална на тяхната честота на трептене и обратно пропорционална на дължината на вълната (фотонът е електромагнитна вълна, която се характеризира по скорост на разпространение, дължина и честота). Тъй като атомът на веществото може да излъчва само определен набор от енергии, това означава, че дължините на вълната на излъчваните фотони също са специфични. Множеството от всички тези дължини се нарича електромагнитен спектър.
Ако дължината на вълната на фотонлежи между 390 nm и 750 nm, тогава те говорят за видима светлина, тъй като човек може да я възприеме със собствените си очи, ако дължината на вълната е по-малка от 390 nm, тогава такива електромагнитни вълни имат висока енергия и се наричат ултравиолетови, рентгенови или гама лъчение. За дължини, по-големи от 750 nm, е характерна малка енергия на фотоните, те се наричат инфрачервено, микро- или радио лъчение.
Топлинно излъчване на тела
Всяко тяло, което има някаква температура, различна от абсолютната нула, излъчва енергия, в този случай говорим за топлинно или топлинно излъчване. В този случай температурата определя както електромагнитния спектър на топлинното излъчване, така и количеството енергия, излъчвана от тялото. Колкото по-висока е температурата, толкова повече енергия излъчва тялото в околното пространство и толкова повече електромагнитният му спектър се измества към високочестотната област. Процесите на топлинно излъчване се описват от законите на Стефан-Болцман, Планк и Виен.
Примери за радиация в ежедневието
Както бе споменато по-горе, абсолютно всяко тяло излъчва енергия под формата на електромагнитни вълни, но този процес не винаги може да се види с невъоръжено око, тъй като температурите на телата около нас обикновено са твърде ниски, така че техният спектър се намира в нискочестотната невидима за човешката област.
Ярък пример за излъчване във видимия обхват е електрическа лампа с нажежаема жичка. Преминавайки по спирала, електрическият ток нагрява волфрамовата нишка до 3000 K. Такава висока температура кара нишката да излъчва електромагнитни вълни, максимумкоито попадат в дълговълновата част на видимия спектър.
Друг пример за радиация в дома е микровълновата фурна, която излъчва микровълни, невидими за човешкото око. Тези вълни се поглъщат от обекти, съдържащи вода, като по този начин се увеличава тяхната кинетична енергия и в резултат на това температурата им.
Накрая, пример за излъчване в ежедневието в инфрачервения диапазон е радиаторът на радиатор. Не виждаме излъчването му, но усещаме топлината му.
Естествени сияещи обекти
Може би най-яркият пример за радиация в природата е нашата звезда - Слънцето. Температурата на повърхността на Слънцето е около 6000 K, така че максималното му излъчване пада при дължина на вълната от 475 nm, тоест лежи във видимия спектър.
Слънцето загрява планетите около него и техните спътници, които също започват да светят. Тук е необходимо да се прави разлика между отразена светлина и топлинно излъчване. Така че нашата Земя може да се види от космоса под формата на синя топка именно поради отразената слънчева светлина. Ако говорим за топлинното излъчване на планетата, тогава то също се осъществява, но се намира в областта на микровълновия спектър (около 10 микрона).
Освен отразената светлина е интересно да се даде още един пример за радиация в природата, която се свързва с щурците. Видимата светлина, излъчвана от тях, по никакъв начин не е свързана с топлинно излъчване и е резултат от химическа реакция между атмосферния кислород и луциферина (вещество, съдържащо се в клетките на насекомите). Това явление еимето на биолуминесценцията.
