Växthuseffekten, del 1

För att förstå växthuseffekten ens ytligt krävs en del bakgrundskunskaper. Vad gör något genomskinligt för elektromagnetisk strålning, till exempel synligt ljus?

Ljus beskrivs som fotoner, masslösa kvanta där energin är i direkt proportion* till strålningens frekvens (färg). Rött har lägst och violett högst frekvens i det synliga ljuset.

1. Elektroner kan existera helt för sig själva men vanligen i avgränsade energinivåer, orbitaler, i anslutning till en atomkärna men aldrig däremellan. Orbitaler beskrivs matematiskt som sannolikhetsfunktioner, var man sannolikt finner elektronen.**
2. En orbital innanför en yttre kan aldrig förbli ofullständigt besatt och den exciterade elektronen, eller någon annan, faller omgående tillbaka och avger då en foton med en energi som motsvarar dess energiförändring. Om det sker i det synliga området ser vi en färg.
3. När ljus når något ogenomskinligt kommer fotonerna att excitera dess elektroner till en högre energinivå, fotonen förbrukas och slutar existera. När exciterade elektroner faller tillbaka emitteras ljus med föremålets färg, en del av dem ”utåt” som vi ser. Om materialet har atomer/molekyler med elektroner som är ”lätta” att excitera så är chansen stor att fotonerna ”fastnar” redan vid ytan, det ser svart ut.
4. Om däremot ämnet är genomskinligt som t.ex glas eller diamant kommer fotonen aldrig att hitta någon elektron som den förmår excitera och passerar genom ämnet, däremot kommer dess fart att påverkas under passagen vilket återspeglas i ämnets brytningsindex.***

Få ämnen är fullkomligt fria från föroreningar, vad gäller glas kan man från sidan se se att det skimrar i grönt.

Se gärna professor Moriarty vid Nottingham University beskriva genomskinlighet i den underhållande och bildande serien Sixty Symbols.

*) Beskrivet i sin enklaste form som E = h * v där E är energi, h är Plancks konstant och v frekvens.

**) För nördar: Att elektronorbitaler inte är exakta ger spektrallinjer viss bredd.

***) Brytningsindex för vacuum är exakt 1, för luft 1.00030 och för diamant 2.417. Det innebär att ljushastigheten i en diamant är 1/2.417, knappa 42% av den i luft. Kall och varm luft har något olika brytningsindex, vilket ger det värmedaller man kan se i solsken över varma asfaltvägar.