Lämpösäteilyä

Lämpösäteily on elektromagneettista säteilyä, jonka synty perustuu aineen lämpötilaan liittyvään epäjärjestyksen ja hiukkasten liikkeen väliin. Kaikki kappaleet, joiden lämpötila on absoluuttisen nollan yläpuolella, säteilevät energiaa. Lämpösäteily on spektri, joka ulottuu infrapuna-alueelta näkyvään ja edelleen.

Planckin lain mukaan täysi musta kappale (ideaalinen musta kappale) säteilee spektrin L(λ,T) mukaan; todelliset kappaleet eivät ole täydellisiä mustia kappaleita, vaan niillä on emissiviteetti ε(λ) välillä 0–1. Emissiviteetti ja absorptiivisuus ovat kirkkohahmogeneen mukaan yhtä suuret, mikä johtaa Kirchhoffin lakiin.

Stefan-Boltzmannin laki kertoo kokonaislämpösäteilyn per pinta-ala: j = ε σ T^4, missä σ on Stefan-Boltzmannin vakio ja T on kelvin-asteikollinen lämpötila. Wienin dispersiolaki antaa huippuabsorptiopisteen λ_max T = b, jossa b ≈ 2,897×10^-3 m·K. Näin korkeampi lämpötila siirtää huipun lyhyempiin aallonpituuksiin; esimerkiksi huoneenlämpötilassa λ_max on noin 9,7 μm, eli suurin osa säteilystä on infrapunaa.

Säteilyn spektri on käytännössä jatkuva. Emissiviteetti määrittää, kuinka tehokkaasti kappale säteilee energiaa verrattuna mustaan kappaleeseen. Kirkkohakemuksen mukaan säteilyä mittaessa voidaan käyttää radiatiaa, radianssia ja spektridiäkelkua.

Sovelluksia ovat infrapunatermografia, rakennusten lämpöeristys ja energiatehokkuus, kasvihuonekaasujen vaikutusten tutkimus sekä tähtitieteelliset havainnot, joissa lämpötilat ja aineen koostumus määritellään sen säteilyn perusteella. Lämpösäteily on myös keskeinen tekijä ilmaston ja sään säätelyssä sekä monissa teollisissa lämmitysprosesseissa.