Je leeft in een verwarmd universum

Thermische straling klinkt als een geeky-term die je op een fysica-test zou zien. Eigenlijk is het een proces dat iedereen ervaart wanneer een object warmte afgeeft. Het wordt ook "warmteoverdracht" genoemd in de engineering en "black-body straling" in de fysica.

Alles in het universum straalt warmte uit. Sommige dingen stralen veel MEER warmte uit dan andere. Als een object of proces zich boven het absolute nulpunt bevindt, geeft het warmte af. Gezien het feit dat de ruimte zelf slechts 2 of 3 graden Kelvin kan zijn (wat behoorlijk verdomd koud is!), Lijkt het "warmtestraling" vreemd te zijn, maar het is een fysiek proces. 

Warmte meten

Thermische straling kan worden gemeten met zeer gevoelige instrumenten - in wezen hightech thermometers. De specifieke golflengte van straling hangt volledig af van de exacte temperatuur van het object. In de meeste gevallen is de uitgezonden straling niet iets dat je kunt zien (wat we "optisch licht" noemen). Een zeer heet en energiek object kan bijvoorbeeld zeer sterk uitstralen in röntgenstralen of ultraviolet, maar er misschien niet zo helder uitzien in zichtbaar (optisch) licht. Een extreem energiek object kan gammastralen uitzenden, die we absoluut niet kunnen zien, gevolgd door zichtbaar of röntgenlicht.  

Het meest voorkomende voorbeeld van warmteoverdracht op het gebied van astronomie wat sterren doen, met name onze zon. Ze schijnen en geven enorme hoeveelheden warmte af. De oppervlaktetemperatuur van onze centrale ster (ongeveer 6.000 graden Celsius) is verantwoordelijk voor de productie van het witte "zichtbare" licht dat de aarde bereikt. (De zon lijkt geel vanwege atmosferische effecten.) Andere objecten zenden ook licht en straling uit, waaronder objecten van het zonnestelsel (meestal infrarood), sterrenstelsels, de gebieden rond zwarte gaten en nevels (interstellaire wolken van gas en stof). 

Andere veel voorkomende voorbeelden van thermische straling in ons dagelijks leven zijn de spoelen op een kachel wanneer deze worden verwarmd, het verwarmde oppervlak van een strijkijzer, de motor van een auto en zelfs de infraroodemissie van het menselijk lichaam.

Hoe het werkt

Terwijl materie wordt verhit, wordt kinetische energie aan de geladen deeltjes meegegeven die de structuur van die materie vormen. De gemiddelde kinetische energie van de deeltjes staat bekend als de thermische energie van het systeem. Deze meegevoerde thermische energie zorgt ervoor dat de deeltjes oscilleren en versnellen, wat elektromagnetische straling veroorzaakt (soms aangeduid als licht).

In sommige velden wordt de term "warmteoverdracht" gebruikt bij het beschrijven van de productie van elektromagnetische energie (d.w.z. straling / licht) door het verwarmingsproces. Maar dit is gewoon kijken naar het concept van thermische straling vanuit een iets ander perspectief en de termen echt uitwisselbaar.

Thermische straling en zwartlichaamsystemen

Zwarte lichaamsobjecten zijn objecten die de specifieke eigenschappen van perfect vertonen absorberen elke golflengte van elektromagnetische straling (wat betekent dat ze geen licht van enige golflengte zouden reflecteren, vandaar de term zwart lichaam) en ze zullen ook perfect emit licht wanneer ze worden verwarmd.

De specifieke piekgolflengte van het uitgestraalde licht wordt bepaald door de wet van Wien, die stelt dat de golflengte van het uitgestraalde licht omgekeerd evenredig is met de temperatuur van het object.

In de specifieke gevallen van zwarte lichaamsobjecten is de thermische straling de enige "lichtbron" van het object.

Objecten zoals onze zon, hoewel geen perfecte blackbody-zenders, vertonen dergelijke kenmerken. Het hete plasma nabij het oppervlak van de zon genereert de thermische straling die uiteindelijk de aarde bereikt als warmte en licht. 

In de astronomie helpt zwartlichaamstraling astronomen de interne processen van een object te begrijpen, evenals de interactie met de lokale omgeving. Een van de meest interessante voorbeelden is dat gegeven door de achtergrond van de kosmische magnetron. Dit is een overblijfsel van de energieën die zijn verbruikt tijdens de Big Bang, die ongeveer 13,7 miljard jaar geleden plaatsvond. Het markeert het punt waarop het jonge universum voldoende was afgekoeld om protonen en elektronen in de vroege 'oersoep' te combineren om neutrale waterstofatomen te vormen. Die straling van dat vroege materiaal is voor ons zichtbaar als een "gloed" in het microgolfgebied van het spectrum.

Bewerkt en uitgebreid door Carolyn Collins Petersen