Svarta kroppar och strålning

Vad är svart? I grund och botten reflekterar det inget ljus. I praktiska sammanhang ”behåller” den ljuset och omvandlar till värme. Tänk dig en asfaltväg eller en svart bil i solsken, hur varma blir de efter ett tag?

Det finns inga perfekt svarta föremål, men för att travestera en av fysikers utgångspunkter:

”Tänk dig en ihålig ko med ett litet hål i, dessutom mattsvart på insidan.”

I stort sett kommer hålet att bete sig som en svart kropp för inkommande ljus. Ljuset som hamnar inne i kon kommer att studsa runt till dess det tappar energi och ”dör”, föga eller inget slipper ut genom hålet igen.

En perfekt svartkropp har en intressant egenskap, om den hettas upp avger den strålning enligt ett lagbundet mönster. (I detta sammanhang faller jämförelsen med kon platt till marken.)

Förklaring av diagrammet: Skalorna är logaritmiska (ändras 10 gånger per huvudskalstreck) och temperaturen anges i Kelvin där 0 grader Celsius = 273,15K. Den stående regnbågen visar det synliga ljuset och kurvorna den strålning som en perfekt svartkropp avger vid olika temperaturer. Den gula kurvan motsvarar Solens yttemperatur (jo, den är faktiskt en bra svartkropp som vi kan se med blotta ögon!). Den röda (300K, ungefär 27 grader Celsius) är nära vår och Jordens temperatur.

Solen kan approximeras som en svartkropp men med vissa begränsningar. Den omges nämnligen av ämnen som filtrerar bort (= ändrar våglängd på) delar av strålningen vilket innebär dippar i vissa delar av spektrumet.

Klipper vi ut lika smala strålningsband vid Solens och Jordens maximala strålning kommer Solen att ”vinna” med ungefär 25*107 gånger per kvadratmeter. Solen ger ungefär 10% av sin energi som UV-strålning men bara en liten del, UV-A och något av UV-B når ner till oss människor. Kväve är helt transparent för dessa våglängder medan syrgasen (O2) kan splittras i atomer av UV-C. Syreatomer är oerhört reaktionsbenägna och en del kan bilda ozon, O3. Atmosfären fungerar därför som ett UV-filter.

Vi kan se ungefär en oktav av solljus, UV-ljus ligger i oktaven över medan IR (värmestrålning) omfattar ungefär fyra oktaver under det synliga ljuset. Vår hud är på så sätt känsligare för elektromagnetisk strålning i ett långt större frekvensomfång än våra ögon.


Svartkroppstrålning i Svenska Wikipedia eller på Engelska

Ögonen hos barn och unga kan reagera på UV-A. Detta kan förklara att jag upp i gymnasieåldern inte klarade solljuset på skolgården under soliga senvinterdagar när snön fortfarande fanns kvar. Jag kisade med ögonen och tittade på andras mörka kläder medan de flesta verkade helt opåverkade.

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.