Az infravörös sugárzás
A hőáramlás három fő módon valósulhat meg: hővezetés, hőátadás és a hősugárzás. Mivel ezek közül számunkra a hősugárzás a fontos csak ezzel foglalkozunk egy kicsit behatóbban.
A hősugárzás az atomok, molekulák rezgése következtében elektromágneses sugárzás formájában kibocsátott energia. A legfényesebb példa a Nap, de érdekes, hogy minden test bocsát ki hősugárzást, amelynek nagyobb a hőmérséklete, mint abszolút nulla fok. Mértéke és hullámhossza több tényező mellett a test hőmérsékletétől függ. Az infravörös sugárzás is ilyen típusú hősugárzás.
Az elektromágneses sugárzás gyorsan változó elektromos és mágneses erőtérből áll, amelyek merőlegesek a haladás irányára. (1. Kép).
1. kép: az elektromágneses sugárzás vázlatos felépítése
Minden hullámnak egyik alapvető jellemzője a hullámhossz. Csak ez az egy tényező képes meghatározni, hogy például a fény egyik összetevőjét zöldnek, vagy narancsszínűnek érzékeli szemünk. Ha a hullámhossz szerint rendezzük sorba az elektromágneses sugárzás fajtákat, a teljes spektrumot kapjuk meg.(2. Kép)
2. Kép Az elektromágneses sugárzás teljes spektruma
Ezen a képen az elektromágneses sugárzás teljes spektruma látható. A spektrumon belül az egyes sugárzástípusok a rájuk jellemző hullámhosszak alapján különülnek el.
A kép tanulmányozása közben könnyen észrevehetjük, hogy az infravörös sugárzás közvetlenül a szemünk által érzékelhető fénytartomány mellett helyezkedik el. Ez a későbbiekben azért lesz fontos, mert az infrapanel által előállított melegsugárzást egyszerűen ugyanúgy kell kezelnünk, mint a fénysugárzást. A hőforrást pont úgy kell beállítani, mint egy lámpát. Ha egy tárgy van előtte, az "leárnyékolja", stb..
William Herschel (1738 - 1822) német csillagász azonosította először az infravörös sugárzást. Egyszerű kísérletei során felfedezte, hogy a hóra kitett különböző színű textil daraboknak eltérő a süllyedési sebessége. (Mivel a színek másképp nyelik el a fényt, és ezért másképp melegszenek a különböző színű tárgyak.).
További kísérletei során Herschel egy elsötétített helységbe bevezetett napsugarat prizmával a színeire bontott, majd az odahelyezett hőmérővel kereste az egyes színekre jellemző hőmérsékleteket. Az eredmény az lett, hogy a vörös szín mellett, már az emberi szem által nem érzékelhető tartományban találta meg a magasabb hőmérsékleteket, és ezzel felfedezte az infravörös (IR - infra red) hősugarakat. (Egyébként egy villanykörte sugárzásának 90%-át ebben a tartományban bocsátja ki!).
Az infravörös sugárzás optikai tulajdonságai teljes mértékben megegyeznek a fény optikai tulajdonságaival, egyetlen dologban tér el csupán, mégpedig, hogy emberi szemmel nem érzékelhető.
A környezetünkben található tárgyak mindegyike eltérő mértékben bocsát ki infravörös sugárzást - az emberi test is.
A Nap működése, napsugárzás
Csillagunk működésének alapja az a termonukleáris folyamat, amelyben a hidrogént héliummá alakító reakciók sorozata zajlik. Ebben az energia-felszabadító mechanizmusban négy proton (hidrogénmag) egyesül egy héliumatommá. A termonukleáris reakció során a proton tömegének 0,7%-a megsemmisül, mivel a keletkező héliummag és a többi részecske együtt nem egészen olyan nehéz, mint a reakció során elfogyasztott négy proton. Ez a tömegkülönbség (valójában tömegveszteség) sugárzás, azaz energia formájában jelenik meg.
A Napból áradó fantasztikus mennyiségű energia elsősorban közeli ibolyántúli, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. A Nap elemi részecskéket is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk.
A Nap sugárzó energiájának 7%-a az ultraibolya és röntgen tartományba tartozik, 46%-a a látható fény-, a további 47% pedig az infravörös tartomány része. Az infravörös tartományba tartozó sugarak főként hőhatásukkal tűnnek ki, ezért ezt a sugárzást hősugárzásnak nevezzük. Az emberi szem a napsugárzás legintenzívebb tartományára érzékeny. Ezt a tartományt hívjuk látható tartománynak.
A látható fényről röviden: A Napból a Föld felszínére érkező sugárzás különböző színekből áll. Az emberi szem a számára is látható fényt, a vízcsepp színeire bontja, így láthatóvá válnak a vörös-, narancs-, sárga-, zöld-, kék- és ibolyaszínű összetevők.Ezt hívják más szóval szivárványnak.
Na de térjünk vissza az infravörös hullámok tulajdonságaira: A nagy hullámhosszúságú infravörös sugárzást a növények elnyelik, az alacsonyabb tartományba esőt nem, ezek visszaverődnek. A Föld által visszasugárzott energia legnagyobb része a légkörben újra elnyelődik, majd visszasugárzódik a felszínre, ahol további melegedést okoz (üvegházhatás).
A napsugárzásnak hozzávetőlegesen a fele éri el a Föld felszínét. A felszínt elérő sugárzás jelentős része elnyelődik a talajban, másik része visszasugárzódik a légkörbe.
A levegő felmelegedése tehát "alulról történik", ami azt jelenti, hogy a felszín felmelegíti a fölötte elhelyezkedő levegőt: A levegő saját sugárzáselnyelő hatása miatti felmelegedése kicsi, így a beeső sugárzás felmelegíti a felszínt, és a felszín melegíti fel a közeli levegőréteget. Ezzel kezdődik meg a levegő melegedése. De ezt biztosan Te is megtapasztaltad már: Esti órákban, amikor már nem süt a nap, a házfalak, és az aszfalt még mindig sugározzák a meleget magukból. Ez ugyanez a jelenség.
A különböző felszínek fényvisszaverő képességét albedo-nak, a légkör hővisszatartó tulajdonságát pedig üvegházhatás-nak nevezzük.
Minél kisebb egy táj albedo-ja, a talaj annál több napsugarat ver vissza a levegőbe, így az adott területen nagyobb melegedésre számíthatunk.
A különféle felszínek különbözőképpen verik vissza a napsugárzást. Szántóföld fölött például nagyobb a melegedés mértéke, mert viszonylag keveset ver vissza a napsugárzásból, alig 15 %-ot. Az erdős és vízzel borított felszínek fölött a mérsékelt 30 %-os albedo a jellemző. A hó-, illetve jég felszín a ráeső sugárzás nagy részét, közel 60% -90 %-át visszaveri. Ezért e tájak fölött a felmelegedés csekély.
Ez az egyik magyarázata annak, hogy a városokba miért érdemes minél több zöldnövényt telepíteni. Nemcsak azért, hogy megkössék a port, és több oxigént bocsássanak ki, hanem a hőelnyelő képességük következtében jelentősen csökkenhet a városok nyári felmelegedése. Tulajdonképpen már akkor is sokat segíthetsz a saját otthonod hűvösebbé tételében, ha minél több zöldnövényt ültetsz a kertedbe, az erkélyedre.
