Lämpösäde

Lämpösäde tarkoittaa lämpöenergiaa siirtävää sähkömagneettista säteilyä, joka syntyy kappaleiden lämpötilasta johtuvan liikkeen tuloksena. Lämpösäteily on yksi kolmesta pääasiallisesta lämmönsiirtomuodosta, muiden ollessa johtuminen ja konvektio. Esineet säteilevät lämpöä riippuen sekä niiden lämpötilasta että pinnan ominaisuuksista.

Säteily on osa elektromagneettista spektriä; suurin osa kehon lämpösäteilystä on infrapunaa, mutta säteilyä esiintyy myös näkyvän valon alueella. Mustan kappaleen säteily voidaan kuvata Planckin lain avulla. Stefan–Boltzmannin laki antaa kokonaislämpösäteilytehon per pinta-ala: J = ε σ T^4, missä ε on emissiviteetti (0–1), σ on Stefan–Boltzmannin vakio ja T on kappaleen lämpötila. Wienin lain mukaan säteilyn huippupituus λ_max on kääntäen verrannainen lämpötilaan (λ_max T = b). Emissiviteetti kuvaa, kuinka hyvin kappale säteilee verrattuna mustaan kappaleeseen; todelliset kappaleet ovat greybodies ja ε-arvo yleensä alle 1 sekä riippuvainen pinnasta ja materiaalista.

Käytännön merkitys ja sovellukset: Lämpösäteily mahdollistaa lämmön siirtymisen ilman kosketusta esimerkiksi auringon lämpö, tuli tai uunit. Rakenteiden suunnittelussa radiatiivinen lämmönsiirto otetaan huomioon: eristemateriaalit ja heijastavat kerrokset vähentävät säteilyn vaikutusta, kun taas ikkunoiden kalvot voivat heijastaa tai läpäistä infrapunaa. Ilmakehä absorboi osan infrapunasäteilystä, mikä vaikuttaa kasvien kasvihuoneilmiöön ja energiatehokkuuteen.

Yhteenveto: Lämpösäde kuvaa lämpöenergian siirtymistä sähkömagneettisena säteilynä. Sen voimakkuus riippuu kappaleen lämpötilasta ja emissiviteetista; tasapainossa sitä voidaan kuvata Planckin, Wienin ja Stefan–Boltzmannin laeilla.