Absorpce a Emise: Komplexní Přehled Fyzikálních Jevů

12.04.2026

V poslední době se neustále zvyšují požadavky, aby byly auta ekologičtější a aby co nejméně zatěžovala životní prostředí. Zásadní podíl při tom sehrávají emise, tj. Každý motor má v technickém listu stanovené maximálně povolené limity emisí.

Emise u Automobilů

V případě naftových motorů se jedná o parametr součinitel absorpce, který je známý jako kouřivost. V případě benzínových motorů se měří jiné parametry než u naftových motorů, a to hodnota lambdy, oxid uhelnatý, nespálené uhlovodíky, oxid uhličitý a také proces měření emisí je naprosto odlišný než u dieselových motorů.

Měření Emisí v Certifikovaném Pracovišti

Jak už víme, od r. 2019 byly zpřísněné nejen emisní normy, ale i samotný proces průběhu měření emisí. Každé certifikované pracoviště musí kamerově snímat přistavené vozidlo i proces měření emisí. Samotný proces měření probíhá následovně.

Pokud je to možné, měřící zařízení emisí se připojí přes OBD konektor na řídící jednotku auta, aby bylo možné ověřit aktuální teplotu oleje, maximální otáčky, případně další potřebné parametry. Kouřivost se měří při maximálních otáčkách, takže musíte počítat s tím, že motor auta se bude několikrát vytáčet do maximálních otáčkách i nad 5000 ot/min. Korektní měření zároveň probíhá tak, že se pedál sešlápne naplno, ne plynule. Měří se i čas, za který se dosáhnou stanovené maximální otáčky.

Do výfuku se vloží snímač, který měřícímu zařízení zasílá naměřené údaje. Na jedno měření může být potřebné sešlápnout plynový pedál 3 až 5krát v závislosti na tom, jaké hodnoty se naměřily, protože mezi jednotlivými naměřenými hodnotami je stanovená maximální odchylka. Pokud vozidlo neprošlo prvním měřením, technik je podle stanovené metodiky povinný provést opakované měření emisí. Pokud auto při opakovaném měření vyhovuje stanoveným normám kouřivosti, auto projde testem emisí.

Čtěte také: Podrobný článek o emisi a absorpci fotonů

Na certifikovaném pracovišti pro měření emisí jsme testu podrobili dvě auta a to Škoda Octavia 2002, 1,9 TDI 81 kW a Alfa Romeo 159 1,9 TDI 110 kW r. v. 2007. Testování proběhlo 2x. Poprvé nás zajímalo, zda obě auta projdou na STK emisemi. Test emisí proběhl standartním způsobem s dobře zahřátým motorem. Druhé měření jsme provedli po nalití aditiva JLM Diesel Extreme Cleaner do 50 l nafty a nájezdu cca 200 km.

Z přiložených záznamů měření emisí je vidět naměřené hodnoty. U Octavie byla výsledná kouřivost 1,13. V tomto případě by auto neprošlo emisemi, protože podle technického listu je stanovená maximální hodnota kouřivosti 1. Potom, co jsme do nafty nalili aditivum a najezdili cca 200 km, byla výsledná kouřivost 0,88. V případě Alfy mělo první měření relativně dobrou hodnotu, ale ani v tomto případě by testem emisí neprošlo, protože maximální stanovená hranice je 0,51 a naměřeno bylo 0,58. V tomto případě je také důležité podotknout, že majitel se o auto dobře stará a motor je zvyklý na svižnou jízdu ve vysokých otáčkách. Po nalití aditiva a v tomto případě naježdění jen cca 130 km ukázalo opakované měření emisí hodnotu 0,51.

Měřená Alfa Romeo 159 už má filtr pevných částic DPF. Pokud se během testu emisí spustí regenerace DPF, není možné v testu pokračovat, protože hodnoty budou zkreslené v důsledku vypalování filtru DPF. Pokud není zároveň emisní zkouška ukončená, není možné opustit pracoviště emisní kontroly, aby byly splněny všechny zákonné podmínky správného postupu při emisní zkoušce.

V případě velmi časté regenerace filtru částic DPF (100-200 km) nebo v případě, že auto jezdí hlavně ve městě, kde nedosáhne dostatečně vysokou teplotu na úplné dokončení regenerace, doporučujeme použít patentovanou přísadu do nafty JLM DPF Cleaner, která oproti jiným přípravkům obsahuje prvky platiny a ceru. Velmi účinně řeší problémy s regenerací DPF. Aditivovaná nafta skutečně vylepší emise a může reálně pomoct projít emisemi. Je ale potřeba na aditivované naftě najezdit aspoň 100 km.

Pro dosažení nejlepšího výsledku doporučuje výrobce aditiva jezdit aspoň 30 min v otáčkách nad 3000 ot/min. Takže před STK a měřením emisí je nejlepší přidat do plné nádrže (nebo aspoň do 50 l) extrémní čistič palivového systému JLM a projet se po dálnici, aby bylo motor možné držet ve vyšších otáčkách. Je ale důležité podotknout, že žádná přísada do nafty nevyřeší technický problém v motoru.

Čtěte také: Přečtěte si o konvekci, absorpci a emisi

Fotoelektrický Jev

Fotoelektrický jev (fotoefekt) je jednou ze tří možných interakcí γ záření s elektronovým obalem atomu. Z těchto tří interakcí má foton zpravidla nejslabší energii. Je to fyzikální jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (vyzařovány, emitovány) z látky (nejčastěji z kovu) v důsledku absorpce elektromagnetického záření látkou. Elektrony emitované z jaderného obalu jsou pak označovány jako fotoelektrony.

Za objevitele fotoelektrického jevu je považován Heinrich Hertz, který si při svých pokusech (roku 1887), jejichž cílem bylo experimentální prokázání existence Maxwellem předpovězených elektromagnetických vln, všiml, že ozáření jiskřiště ultrafialovým zářením usnadňuje přeskok jiskry - tj. Roku 1899 Joseph John Thomson udělal rozhodující krok k objasnění podstaty jevu.

Fotoelektrický jev nastává, když se celá energie kvanta záření γ předává některému elektronu z elektronového obalu absorbujícího materiálu nebo případně volnému elektronu (např. v kovech). Část energie se spotřebuje na uvolnění elektronu (vykonáním tzv. výstupní práce Wv) a část se přemění na kinetickou energii Ek vzniklého fotoelektronu. (Volné místo po elektronu je zaplněné jiným elektronem, který sem přeskočil z jiné slupky atomového obalu. Při tomto přeskoku se vyzáří energie ve formě charakteristického záření. Místo charakteristického záření může dojít k alternativnímu jevu - energie se předá některému elektronu na vyšší slupce, který se pak uvolní a vyzáří jako tzv.

Foton interaguje s elektronem na slupkách K, L a M. Tedy s elektrony, které leží blízko jádru atomu. Podle představ klasické fyziky by elektronům měla být předána kinetická energie dopadajícího elektromagnetického vlnění. Energie elektromagnetických vln souvisí s intenzitou záření, tzn. energie vyzařovaných elektronů by měla záviset na intenzitě dopadajícího záření. Pro každý kov existuje určitá mezní frekvence f0 taková, že elektrony se uvolňují pouze při frekvenci f0 a frekvencích vyšších. Na frekvenci použitého elektromagnetického záření závisí také energie emitovaných elektronů.

V roce 1905 Albert Einstein vyšel z Planckovy kvantové hypotézy a z představy, že elektromagnetická vlna o frekvenci f a vlnové délce λ se chová jako soubor částic (světelných kvant), z nichž každá má svou energii a hybnost. Tyto částice mají zvláštní vlastnosti, především se stále pohybují rychlostí světla a nelze je žádným způsobem zastavit, zpomalit ani urychlit. Podle teorie relativity musí mít nulovou klidovou hmotnost.

Čtěte také: Vysvětlení absorpce a emise

Světlo při dopadu na povrch látky předává energii povrchovým elektronům zkoumané látky. K uvolnění elektronu z vazby v atomu je potřeba tzv. ionizační energie. Tato nutná energie k uvolnění elektronu může vzniknout, jestliže je vlnová délka světla dostatečně malá. V tom případě může frekvence a energie dosáhnout dostatečně vysoké hodnoty. Předáním takové energie elektronům je možné překonat tzv. fotoelektrickou bariéru k uskutečnění výstupní práce.

Minimální frekvence, při níž dopadající fotony předávají elektronům výstupní energii se označuje jako prahová frekvence. Fotoelektrický jev hraje významnou úlohu na poli biofyziky. Příkladem je uplatnění těchto jevů při radiačních vyšetřeních pacienta. Rentgenové snímky vznikají na principu obráceného fotoelektrického jevu, kdy se povrch ostřeluje elektrony a uvolňují se paprsky X. Různé tkáně mají jinou absorbci, proto můžeme na snímcích rozeznat struktury. Elektron zcela pohltí foton a Rtg foton zaniká. Absorbce fotoelektrického jevu je na rozdíl od Comptonova rozptylu, který probíhá také, žádoucí.

Absorpce Světla

Absorpce je fyzikální proces, který můžeme sledovat při průchodu světla nějakou látkou nebo předmětem. Představme si paprsek slunečního světla, který rozložíme na spektrum. Stejně jako Joseph von Fraunhofer v roce 1814 spatříme v duhovém proužku tmavé čáry. Světlo, které prochází nějakým jiným prostředím, může být absorbováno buď úplně, selektivně nebo čárově jako v případě Fraunhoferových čar. Absorpce je obecně přechod elektronů v atomu mezi různými hladinami energie, tzn.

Selektivní absorpce je pohlcení pouze určité části spektra, širších pásů nebo celých oborů. To vede například k barevnosti látek. Máme-li předmět, který pohlcuje modrou, zelenou a žlutou barvu vnímáme ho na bílém světle jako červený.

Hlavním zákonem světelné absorpce můžeme nazvat Lambertův-Beerův zákon. Ten nám říká, o kolik procent poklesne intenzita záření paprsku procházejícího látkou, která má absorpční vlastnosti. Neboli absorbance (veličina, která udává, jak mnoho světla bylo pohlceno měřeným vzorkem) je přímo úměrná koncentraci absorbující látky.

Kde A je absorbance, ε molární absorpční koeficient, C je molární koncentrace roztoku a d tloušťka vrstvy (materiálu, kterým světlo prochází).

kde I0 je intenzita paprsku, který do látky vstupuje a I je intenzita paprsku vystupujícího. Zákon lze vyjádřit i mnoha jinými způsoby např.

Absorpce světla je fyzikální jev, při němž dochází k zeslabování intenzity záření a jehož sledování patří mimo jiné i pod obor spektrofotometrie, která ho využívá pro stanovování vlastností vzorků. Podmínkou pro průběh absorpce světla je vyšší počet valenčních elektronů na nižší energetické hladině. (K absorpci opačný proces se nazývá spontánní emise a ta naopak pro svůj průběh vyžaduje více elektronů na hladině vyšší).

Na světlo nazíráme jako na proud fotonů s určitou energií, která je při absorpci pohlcena jiným předmětem, například atomem, jehož valenční elektrony jsou zrovna v přechodu mezi dvěma úrovněmi energií a mohou tedy díky tomuto energetickému zisku přejít do vyššího stavu. Foton při tomto procesu zaniká, energie je pohlcena předmětem a následně může být přeměněna na energii tepelnou (tedy kinetickou energii částic), nebo být opět vyzářena (přeměna zpět ve světelnou energii se nazývá luminiscence). V zásadě lze tedy říci, že při absorpci se mění světlo v jiný druh energie.

Absorbce selektivní, při níž se nepohlcuje světlo celého spektra, ale jen určitá jeho část. Tento druh absorpce je nejtypičtější pro většinu látek, které se nám díky tomuto jevu jeví jako barevné. Je to způsobeno tím, že světlo absorpcí přichází o některé vlnové délky, nebo rovnou celé části svého původního spektra. Barva předmětu je tedy dána skladbou barev odpovídajících vlnovým délkám světla, které daný předmět pohlcuje.

Spontánní a Stimulovaná Emise

Při přechodech elektronů ze stavu s větší energií do stavu s menší energií během emise fotonů je generováno záření. Soustavami, jež emitují fotony, jsou atomy ve volném stavu (v plynu), ionty ve volném stavu nebo zabudované v krystalové mřížce krystalu látky, dále molekuly, poruchy v krystalové mřížce nebo atomy příměsí v monokrystalech. V dalším textu bude výklad omezen pouze na elektrony.

Absorpce Energie

Elektrony se dostávají do stavu excitace (vybuzení) v důsledku absorpce (pohlcování) energie. V případě laserových či luminiscenčních diod jde o elektrickou energii (dále např. optická či tepelná energie). K vysvětlení absorpce energie fotonu je možné využít energetický model polovodiče na obr. 1. Vlivem absorpce energie (dopadající „foton“ - kvantum světelné energie) přeskočí elektron na vyšší energetickou hladinu.

Je důležité si uvědomit, že foton je absorbován (elektron přeskočí na hladinu s větší energií) jen tehdy, je-li jeho energie rovná rozdílu mezi energií odpovídající té hladině, na niž se elektron dostává, a energií hladiny, na níž se elektron před skokem pohyboval. Pro absorpci i emisi viditelného světla nebo infračerveného záření jsou vhodné látky, šířka jejichž zakázaného pásu je několik (1 až 4) elektronvoltů, tedy polovodiče.

Elektrony setrvávají v excitovaném stavu velmi krátkou dobu (10-3 až 10-7s), poté se vracejí zpět za současné emise fotonu, popř. fononu (kvantum tepelné energie). Při emisi fotonu jde o zářivý přeskok. Emise může proběhnout jako spontánní (samovolná - luminiscenční diody), nebo stimulovaná (vynucená - laserový režim).

Spontánní Emise Záření

Protože jde o přeskok elektronu mezi stejnými (stejně vzdálenými) energetickými hladinami (W1 a W0), vyzáří se světelné kvantum mající stejnou energii jako to, které bylo v okamžiku t1 absorbováno. Platí f01 = f10. To znamená, že absorbované i emitované světlo mají stejnou frekvenci, resp. vlnovou délku l; l = c/f, kde c je rychlost světla ve vakuu. Jde o tzv. spontánní emisi záření.

Protože uvažovaná soustava má pouze dvě energetické hladiny, může absorbovat i emitovat pouze fotony jediné velikosti energie. Znamená to, že při dopadu záření obsahujícího celé pásmo frekvenčních složek (např. slunečního světla) využije kvantová soustava jen jedinou složku budicího světla. Tuto frekvenční složku soustava opět vyzáří. Vyzařované světlo je tedy monochromatické, se spektrem obsahujícím pouze jedinou spektrální čáru.

Je důležité si uvědomit nahodilost, časovou i prostorovou nesouhlasnost emise zářivých kvant. Excitované elektrony přecházejí do stavu s minimální energií samovolně, spontánně v různých časových okamžicích. Světelná kvanta vystupující z látky proto mají různé fáze i různou polarizaci kmitů. Výsledné světlo je nekoherentní. Popsané děje nastávají ve většině světelných zdrojů (v žárovkách, výbojkách, luminiscenčních diodách).

Luminiscenční dioda LED LED (light emitting diode) je zdroj nekoherentního záření. Princip luminiscenční diody je založen na rekombinaci, tzn. rekombinuje-li elektron s dírou, odevzdává energii zhruba rovnou šířce zakázaného pásu. Injekcí majoritních nosičů do polovodiče opačné vodivosti při přiložení napětí na PN přechod v propustném směru se zvýší pravděpodobnost rekombinace, a často k ní také dochází. Při rekombinaci každého páru elektron-díra se uvolní určité kvantum energie, které se může buď vyzářit mimo krystal, nebo být absorbováno v mříži.

Stimulovaná Emise Záření

Je-li do soustavy přiveden foton s energií rovnou energetickému rozdílu uvažovaných hladin v časovém okamžiku t2, který předchází okamžik vzniku spontánní emise, přejde elektron do základního stavu již v okamžiku t2. Foton, který svou přítomností tento přechod způsobil, se nazývá stimulující.

Přechod elektronu do stavu s menší energií, vyvolaný stimulujícím fotonem, je doprovázen vyzářením fotonu, který má stejnou energii, stejný směr šíření, stejnou fázi i polarizaci vlnění jako stimulující foton. Stimulující foton se uvažovanou kvantovou soustavou nepohltil, pouze soustavou prošel a k němu se přidal stimulovaný foton (do soustavy vstupuje jeden foton - vystupují dva fotony). Odpovídající záření jsou navzájem koherentní. Popsaný jev, nazývaný stimulovaná emise záření, se využívá k zesilování světla. V běžných podmínkách (v termodynamické rovnováze) probíhá v látce, do níž je přiváděna energie, jak stimulovaná, tak i spontánní emise. Spontánní emise však převládá.

Inverzní Populace

V látce s termodynamickou rovnováhou převládá počet elektronů v základním stavu (schopných absorpce, N0) nad počtem excitovaných elektronů (schopných emise, N1). Ohledně intenzity procházejícího světla I(z) zde platí: I(z) = I0 exp(-az), kde I0 je počáteční intenzita světla, z délka průchodu a a součinitel absorpce (závisí na druhu látky a na vlnové délce záření). V takovéto látce s tzv. rovnovážnou populací se intenzita procházejícího světla zeslabuje.

Nastane-li však případ, že N0 < N1, bude se intenzita procházejícího světla zesilovat v závislosti na délce z průchodu látkou. Jedná se o základní podmínku funkce laseru. Požadovaného stavu látky může být dosaženo přiváděním vhodného množství energie, tzv. buzením či čerpáním. V důsledku absorpce budící energie se zmenšuje počet neexcitovaných elektronů N0. Při určitém tzv. prahovém výkonu budicího zdroje, kdy se ztráty vyrovnávají ziskům, je N0 = N1 a po dalším buzení převládne počet excitovaných elektronů N1. Látka je v nerovnovážném energetickém stavu, vzniká tzv. inverzní populace. Látka v tomto stavu tvoří tzv. aktivní laserové prostředí, jež je schopno zesilovat světlo. Po vyzáření energie se látka vrací do rovnovážného stavu.

Laserové Diody

Laserové diody (LD) - polovodičové lasery jsou nové typy zdrojů optického záření s kvalitativně novými, lepšími vlastnostmi ve srovnání s nekoherentními zdroji (např. luminiscenční diodou LED). Optické záření generované laserem je soustředěno do velmi úzkého intervalu vlnových délek, samotný laser se vyznačuje vysokou zářivostí a malou rozbíhavostí (divergencí) laserového svazku.

Optické Rezonátory a Módy

Základním stavebním prvkem každého laseru je rezonátor. Optickým rezonátorem se rozumí dutina obklopená odrazovými plochami, v níž je pasivní dielektrické prostředí. Odrazy záření v rezonátoru se využívají k dosažení inverzní populace. Nejjednodušším příkladem optického rezonátoru je soustava dvou rovnoběžných rovinných zrcadel obdélníkového tvaru v určité vzdálenosti, tzv. Fabryův-Perotův rezonátor. U polovodičových laserů se jako zrcadlo převážně využívá odštípnutí krystalu v krystalografických rovinách.

Energetické pole v dutině rezonátoru má charakter stojatých vln. Vlivem destruktivní a nedestruktivní interference vln, které se odrážejí od stěn, se ustálí elektromagnetické pole tzv. módů (vidů). Módy mohou být tvořeny pouze zářením o takových vlnových délkách, že rozměry rezonátoru lze vyjádřit jako celistvý násobek jejich poloviny. Dělí se na podélné, příčné horizontální a příčné vertikální. Podélné módy tvoří základní vlnové spektrum laseru. Příčné módy vymezují vyzařovací charakteristiku laseru a profil emitovaného svazku. V polovodičových laserech se používají i složitější typy rezonátorů, kde se objevují selektivní optické prvky, např. difrakční mřížky, které jsou určeny ke zlepšení kvality generovaného záření.