Černé těleso v přírodě

Každé těleso vyzařuje energii v podobě tepla. Toto popisuje veličina zářivost. Podobně množství tepla - záření dopadajícího na těleso popisuje veličina pohltivost. V roce 1850 zavedl Gustav Kirchhoff poměr obou veličin a zjistil, že látky pohlcují nejvíce ty vlnové délky, které samy nejsilněji vysílají.

K popisu záření tělesa se zavádí abstrakce absolutně černého tělesa, které veškerou dopadající energii pohltí. Lze ho velmi jednoduše realizovat jako začerněný prostor, do kterého vede jen malý otvor. Záření se při vstupu do malého otvoru několikanásobně odrazí a téměř všechno pohltí.

Termografie je zobrazovací technika využívající k vytvoření obrazu (termogramu) změny fyzikálních nebo chemických vlastností tepelně citlivých látek. Termografie využívá vlnové pásmo infračerveného (IČ) záření. Elektromagnetické spektrum je rozděleno podle vlnových délek do několika skupin, kterým se říká vlnová pásma.

Infračervené záření má vlnovou délku v rozsahu 0,75 μm až téměř 1000 μm (= 1 mm) a tudíž hraničí s vlnovým rozsahem viditelného světla (0,38 - 0,75 μm). Infračervené záření je elektromagnetické tepelné záření. Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula (0 Kelvinů = -273,15 °C) vysílá infračervené záření.

Vlastnosti černého tělesa

Černé těleso pohltí veškeré záření dopadající na jeho povrch. Zahřejeme-li toto těleso na vysokou teplotu, je jeho intenzita vyzařování největší. Emisivitu 1 má černé těleso.

Absolutně černé těleso - těleso pohlcující veškeré záření na něj dopadající. Těleso vyzařující na všech vlnových délkách při dané teplotě maximální dosažitelnou zářivou energii.

Čtěte také: Černé ekologické tašky

Ideální černé těleso (ε = 1) v přírodě neexistuje, místo toho se vyskytují tzv. tělesa šedá (ε < 1) jako alternativa k černým tělesům. Mnoho stavebních a organických materiálů mohou být v úzkém spektrálním rozsahu považována za šedé zářiče. Závislost emisivity na vlnové délce záření je v tomto rozsahu zanedbatelná (v porovnání s „barevnými zářiči“). Spektrální citlivost většiny termokamer zaznamenává pouze malé spektrum z celého infračerveného spektra. To představuje přijatelnou chybu. Šedé zářiče v porovnání s černými nikdy neabsorbují 100% infračerveného záření.

V případě reálných zářičů se část tepelného záření odráží. Tato odražená teplota musí být zohledněna při měření objektů s nízkou emisivitou. Pomocí korekčního faktoru se reflexe v termokameře odečte, čímž se zvýší přesnost měření teploty. Ve většině případů odpovídá odražená teplota teplotě okolí. Pokud se na povrchu měřených objektů odráží infračervené záření z rušivých zdrojů, je potřeba změřit teplotu odraženého záření (např. pomocí Lambertova zářiče).

Zákony vyzařování černého tělesa

Vztahy, kterými se vyjádřuje vyzařování černého tělesa, jsou Plankův zákon, Wienův zákon posuvu, Stefan-Boltzmannův zákon.

Josef Stefan odvodil, že výkon vyzařujícího tělesa (tj. Konstanta σ = 5,6703 ∙ 10-8 W m-2 K-4 se nazývá Stefanova-Boltzmannova konstanta. Symbol ε označuje emisivitu povrchu předmětu a nabývá hodnot mezi 0 a 1 podle složení a provedení povrchu. Těleso, které více pohlcuje záření, více je také vyzařuje.

Termokamery a jejich využití

Termografie je zobrazovací metoda, kterou je možné vizualizovat tepelné záření nebo rozložení teploty na povrchu objektů. Snímek, který zobrazuje pomocí různých barev rozložení teploty na povrchu objektu se nazývá termogram. Kamera, která dokáže měřit infračervené záření a naměřené signály převést na teplotní snímek, se nazývá termokamera. Pomocí termokamery je možné zobrazit rozložení teploty na povrchu, které není viditelné pro lidské oko.

Čtěte také: Pánské boty do přírody - recenze

Zařízení pro kalibraci termokamer se nazývá černý zářič. Detektor snímá infračervené záření a převádí je na elektrický signál. Měřítko schopnosti materiálu emitovat (vysílat) infračervené záření se nazývá emisivita.

V průmyslu i v oblasti řemesel je termografie již několik let nanejvýš cenným nástrojem při rozeznávání závad a anomálií. Na základě technologického pokroku u termokamer a jejich stále dostupnějších cen se stala tato fascinující technologie zajímavou pro široké oblasti činností.

Cílem je seznámení s termografií používané pro zjišťování tepelných vlastností obvodových plášťů konkrétních staveb. Po prostudování šesté kapitoly dokážete pomocí infračervené techniky odhalit nedostatky v tepelné izolaci obvodových plášťů budov - polohy tepelných mostů, stěn a určení jejich druhu a rozsahu a izolační schopnosti a charakteristiky.

Při volbě barevné palety dejte pozor i na interpretovatelnost teplotního snímku. Volba barevného zobrazení termosnímku v kameře (např. barevná paleta „duha“, „železo“, „stupně šedi“). Podle měřicí úlohy a nastavení barevné palety je možné upravit kontrast teplotního snímku. Barevnou škálu je možné upravit pomocí analyzačního programu i po uložení snímku (např. Testo IRSoft).

Uplatnění tepelného záření v přírodě

Tepelné záření má své uplatnění i v přírodě. Malé tělo má velký poměr povrchu k objemu, proto snadno vyzařuje teplo. Velkému tělu sice dlouho trvá, než se zahřeje, ale pak si zase dlouho svou teplotu udržuje. To byl důvod, proč dinosaři narostli do tak obrovských rozměrů. Při hodně velkém těle v noci nevystydli a mohli se pohybovat. Pokud však chlad trvá dlouho (což se pravděpodobně stalo po dopadu planetky na Zem), dinosauři vystydli, nemohli se pohybovat a zahynuli. Savci se se svým malým tělem a malými tepelnými ztrátami mohli konečně prosadit. Ve vodě jsou tepelné ztráty větší, proto jsou nejmenší vodní savci větší než ti suchozemští (ryby jsou studenokrevné). Pravidlo o poměru povrchu k objemu platí i u velmi malých živočichů.

Čtěte také: Česká republika a odpad

Černé oblečení v poušti

Emisivita černého oblečení je větší než bílého; proto bude černý oblek pohlcovat více energie ze slunečního záření než bílý, takže bude mít i vyšší teplotu. Výzkumy ukázaly, že v horké poušti může být černý plášť beduínů až o 6°C teplejší než stejný v bílé barvě. Proč by tedy měl nosit černý plášť ten, kdo chce zabránit přehřátí a přežít v drsné poušti? Odpověď spočívá v tom, že černý plášť, který je sám teplejší než stejný plášť bílé barvy, opravdu zahřívá vzduch pod sebou více. Tento teplejší vzduch stoupá rychleji a odchází ven porézní látkou, zatímco vnější vzduch je zezdola vtahován pod plášť. Černá látka tedy podporuje cirkulaci vzduchu pod pláštěm a brání beduínům v přehřátí více než bílé pláště ostatních.

Černé díry a gravitační čočky

V astronomii se koncept černého tělesa uplatňuje například při studiu černých děr. V okolí černé díry dochází k silnému zakřivení prostoročasu, což ovlivňuje trajektorie fotonů a jiných částic. Toto zakřivení může vést k jevu známému jako gravitační čočka.

Gravitační čočky vznikají, když je světlo ze vzdáleného zdroje P na své cestě k pozorovateli O gravitačním polem zakřivovány. V případě, že rovnice V(r)=`EĄ má jen jeden kořen, tj. odchýlí a pozorovatel O jej neuvidí. Pokud se zdroj P nachází v poloze P1, vzniknou dva obrazy P1 a P2. V tomto případě místo jednoho skutečného zdroje světla P bude projekčně vidět dva zdánlivé obrazy P1 a P2. Pokud je zdroj P v přímkové spojnici s pozorovatelem O, bude se bodový zdroj P jevit jako prstenec kolem osy OM - tzv. Einsteinův prstenec. To je schématicky znázorněno na obr.4.10 b).

Gravitační čočky jsou způsobeny obrovským nahromaděním hmoty v galaxiích a kupách galaxií. Zesílení jasu může být 10 i vícekrát. Astronomové využívají astronomický dalekohled jako "okulár" tohoto hybridního teleskopického systému. Nehomogenní rozložení hmoty mohou být velké kupy galaxií. Obrazech P1 a P2 projeví s odlišným zpožděním. Mohla být spektrometrická analýza. Menší než miliontiny obloukové vteřiny.

tags: #černé #těleso #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Informace o divokých koních
• Osvěžující recepty
• RNDr. Martin Černý, Ph.D. a jeho ekologické aktivity
• Aktuální trendy v ochraně přírody
• Historický a moderní pohled na kašny a ekologii