Záření je fyzikální proces, jehož výsledkem je přenos energie pomocí elektromagnetických vln. Proces obrácený k záření se nazývá absorpce. Podívejme se na tento problém podrobněji a uveďme také příklady záření v každodenním životě a přírodě.
Fyzika výskytu záření
Jakékoli těleso se skládá z atomů, které jsou naopak tvořeny kladně nabitými jádry, a elektronů, které tvoří elektronové obaly kolem jader a jsou nabité záporně. Atomy jsou uspořádány tak, že mohou být v různých energetických stavech, to znamená, že mohou mít vyšší i nižší energii. Když má atom nejnižší energii, říká se, že je to jeho základní stav, jakýkoli jiný energetický stav atomu se nazývá excitovaný.
Existence různých energetických stavů atomu je způsobena skutečností, že jeho elektrony mohou být umístěny na určitých energetických hladinách. Při pohybu elektronu z vyšší úrovně na nižší ztrácí atom energii, kterou vyzařuje do okolního prostoru ve formě fotonu - nosné částiceelektromagnetické vlny. Naopak přechod elektronu z nižší na vyšší hladinu je doprovázen absorpcí fotonu.
Existuje několik způsobů, jak přenést elektron atomu na vyšší energetickou hladinu, které zahrnují přenos energie. Může to být jak dopad vnějšího elektromagnetického záření na uvažovaný atom, tak přenos energie na něj mechanickými nebo elektrickými prostředky. Kromě toho mohou atomy přijímat a následně uvolňovat energii prostřednictvím chemických reakcí.
Elektromagnetické spektrum
Než přejdeme k příkladům záření ve fyzice, je třeba poznamenat, že každý atom vyzařuje určité části energie. To se děje proto, že stavy, ve kterých může být elektron v atomu, nejsou libovolné, ale přísně definované. V souladu s tím je přechod mezi těmito stavy doprovázen emisí určitého množství energie.
Z atomové fyziky je známo, že fotony generované v důsledku elektronových přechodů v atomu mají energii přímo úměrnou frekvenci jejich oscilací a nepřímo úměrnou vlnové délce (foton je elektromagnetická vlna, která se vyznačuje podle rychlosti šíření, délky a frekvence). Vzhledem k tomu, že atom látky může emitovat pouze určitý soubor energií, znamená to, že vlnové délky emitovaných fotonů jsou také specifické. Soubor všech těchto délek se nazývá elektromagnetické spektrum.
Pokud je vlnová délka fotonuleží mezi 390 nm a 750 nm, pak se mluví o viditelném světle, protože ho člověk může vnímat na vlastní oči, pokud je vlnová délka menší než 390 nm, pak takové elektromagnetické vlny mají vysokou energii a nazývají se ultrafialové, rentgenové nebo gama záření. Pro délky větší než 750 nm je charakteristická malá energie fotonů, nazývají se infračervené, mikro- nebo rádiové záření.
Tepelné záření těles
Každé těleso, které má nějakou teplotu jinou než absolutní nulu, vyzařuje energii, v tomto případě mluvíme o tepelném nebo tepelném záření. Teplota v tomto případě určuje jak elektromagnetické spektrum tepelného záření, tak množství energie vyzařované tělem. Čím vyšší teplota, tím více energie tělo vyzařuje do okolního prostoru a tím více se jeho elektromagnetické spektrum posouvá do vysokofrekvenční oblasti. Procesy tepelného záření jsou popsány zákony Stefana-Boltzmanna, Plancka a Wiena.
Příklady záření v každodenním životě
Jak již bylo zmíněno výše, absolutně každé těleso vyzařuje energii ve formě elektromagnetických vln, ale tento proces nelze vždy vidět pouhým okem, protože teploty těles, která nás obklopují, jsou obvykle příliš nízké, takže jejich spektrum leží v nízkofrekvenční oblasti neviditelné pro lidskou oblast.
Pozoruhodným příkladem záření ve viditelné oblasti je elektrická žárovka. Elektrický proud prochází spirálou a ohřívá wolframové vlákno až na 3000 K. Tak vysoká teplota způsobuje, že vlákno vydává elektromagnetické vlny, max.které spadají do dlouhovlnné části viditelného spektra.
Dalším příkladem záření v domácnosti je mikrovlnná trouba, která vyzařuje mikrovlny pro lidské oko neviditelné. Tyto vlny jsou absorbovány předměty obsahujícími vodu, čímž se zvyšuje jejich kinetická energie a v důsledku toho i jejich teplota.
A konečně příkladem záření v každodenním životě v infračervené oblasti je zářič zářiče. Nevidíme jeho záření, ale cítíme jeho teplo.
Přírodní zářivé objekty
Snad nejvýraznějším příkladem záření v přírodě je naše hvězda – Slunce. Teplota na povrchu Slunce je asi 6000 K, takže jeho maximum záření dopadá na vlnovou délku 475 nm, to znamená, že leží ve viditelném spektru.
Slunce zahřívá planety kolem sebe a jejich satelity, které také začnou zářit. Zde je nutné rozlišovat odražené světlo a tepelné záření. Naše Země je tedy vidět z vesmíru v podobě modré koule právě díky odraženému slunečnímu světlu. Pokud mluvíme o tepelném záření planety, pak také probíhá, ale leží v oblasti mikrovlnného spektra (asi 10 mikronů).
Kromě odraženého světla je zajímavé uvést další příklad záření v přírodě, které je spojováno s cvrčky. Jimi vyzařované viditelné světlo nijak nesouvisí s tepelným zářením a je výsledkem chemické reakce mezi vzdušným kyslíkem a luciferinem (látka obsažená v buňkách hmyzu). Tento jev jenázev bioluminiscence.
