Emisyjność niezwykła właściwość obiektów ogrzewanych promieniowaniem IR.

Emisyjność jest to parametr mówiący o zdolności danego ciała do emisji promieniowania cieplnego.


Emisyjność nie jest wielkością stałą. Zależy od rodzaju materiału, stanu powierzchni, kierunku obserwacji, długości fali a nawet temperatury.


Współczynnik emisyjności to nic innego jak zdolność przedmiotów i ciał fizycznych do oddawania promieniowania podczerwonego do otoczenia

Każdy obiekt o temperaturze powyżej zera absolutnego (T0 = -273,15°C) emituje ciepło w formie promieniowania elektromagnetycznego.

Emisja energetyczna promieniowania ciała doskonale czarnego (nie jego powierzchni) zmienia się wraz z temperaturą według prawa Stefana-Boltzmanna.

Prawo Stefana–Boltzmanna.

Fizyczne prawo wyrażające zależność całkowitej zdolności emisyjnej E (promieniowanie cieplne) ciała doskonale czarnego od jego temperatury bezwzględnej T.

W 1878roku Josef Stefan stwierdził doświadczalnie zależność:

E = σT4

gdzie σ jest współczynnikiem, zwanym stałą Stefana - Boltzmanna, równym 5,67051(19) ·10–8 W·m–2·K–4

Wzór Josefa Stefana uzasadnił teoretycznie 1884 roku Ludwig Eduard Boltzmann na podstawie rozważań termodynamicznych. Na prawie Stefana–Boltzmanna są oparte metody pomiaru temperatury ciał rozżarzonych, które można w przybliżeniu uważać za ciała doskonale czarne (np. gwiazdy, wnętrze pieca hutniczego, żarnik promiennika).

Sumaryczna wartość promieniowania emitowanego przez zakres długości fali jest proporcjonalna do czwartej potęgi absolutnej temperatury obiektu, który emituje promieniowanie.

W związku z tym, emisyjność odnosi się do stosunku intensywności promieniowania ciała doskonale czarnego i ciała szarego w tej samej temperaturze. W konsekwencji może przyjmować wartości w zakresie od 0 do 1.

Jeżeli emisyjność obiektu jest znana, temperatura tego obiektu może być ustalona poprzez pomiar promieniowania, które on emituje. Należy mieć na uwadze, że emisyjność zależy nie tylko od materiału powierzchni, ale również od jakości i typu struktury (np. utleniona powierzchnia) oraz od kąta przeprowadzania pomiaru.

Co więcej, w przypadku powierzchni metalicznych emisyjność jest mocno zależna od zakresu długości fali, w której dokonywany jest pomiar. Powierzchnie niemetaliczne mają zazwyczaj relatywnie wysoką i stałą emisyjność dla dłuższych fal promieniowania. Emisyjność metali jest zgoła odmienna i spada wraz ze wzrostem długości pasma pomiarowego. W przypadku pomiaru temperatury metali należy zwrócić szczególną uwagę na rodzaj wykorzystywanego urządzenia oraz pasma, w którym dokonuje pomiaru temperatury.

Josef Stefan.

Fot.1 Josef Stefan, urodził się w Wiedniu 24 marca 1835. Fizyk pochodzenia Austriacko-słoweńskiego, profesor Uniwersytetu Wiedeńskiego oraz dyrektor Instytutu Fizyki w Wiedniu. Zajmował się optyką i termodynamiką, w tym kinetyczną teorią gazów.

W 1878 roku stwierdził doświadczalnie zależność zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego od jego temperatury. Jego odkrycie jest znane jako prawo Stefana-Boltzmanna.

Życie, które prowadził Josef Stefan było całkowicie poświęcone nauce. Często spał w swoim laboratorium, a czasami spędzał w nim kilka dni, nie wychodząc z niego. Oczywiście przy takim całkowitym oddaniu się swojej pracy Stefan miał mało czasu dla przyjaciół i prawie nie prowadził życia towarzyskiego.Jednak był lubiany przez swoich uczniów, którzy uznali go za doskonałego nauczyciela, który mógł ich zachwycić fizyką. Chociaż jego wielką siłą jako badacza była strona eksperymentalna, był jednak doskonałym matematykiem, który potrafił wykazać się wglądem również w stronę teoretyczną.

Jego najsłynniejszy uczeń, Ludwig Eduard Boltzmann, tak o nim powiedział:

Używał narzędzi zaawansowanej matematyki i wiedział, jak przedstawiać najtrudniejsze zjawiska w najczystszej i najbardziej przejrzystej formie, bez konieczności uciekania się do matematycznego formalizmu. ... nigdy nie próbował afiszować się mentalną wyższością.

Podnoszący na duchu humor, który zamienił najtrudniejszą dyskusję w zabawną zabawę dla ucznia, wywarł na mnie ogromne wrażenie.
Nic nie umniejsza doskonałości charakteru, magii, jaką działał na młodych naukowców. Tej magii można było doświadczyć tylko osobiście. Towarzyszyło mi przez całe życie jako symbol poważnej, natchnionej działalności eksperymentalnej.

Ludwig Eduard Boltzmann.

Fot.2 Ludwig Eduard Boltzmann urodził się w 1844 roku w Wiedniu, będącym wówczas stolicą Cesarstwa Austriackiego. Studiował fizykę na Uniwersytecie Wiedeńskim. Był uczniem Josefa Stefana, Andreasa von Ettingshausena, Josefa Loschmidta i Józsefa Petzvala.

Doktorat uzyskał pod kierunkiem Josefa Stefana w 1866 roku. Rozprawa doktorska dotyczyła kinetycznej teorii gazów. Po obronie doktoratu pracował jako asystent Stefana.

W 1869 roku Boltzmann otrzymał posadę profesora fizyki na Uniwersytecie w Grazu. Był ponadto profesorem na Uniwersytetach w Wiedniu, Monachium i Lipsku.

Ludwig Boltzmann był matematykiem, który dokonał ważnych postępów w elektromagnetyzmie i termodynamice. Po uzyskaniu doktoratu został asystentem swego nauczyciela Josefa Stefana .

Dokonania naukowe:

• Określił związek między termodynamiką a mechaniką statystyczną.
• Wyprowadził równanie transportu, znane jako równanie Boltzmanna.
• Zakładająć chaos molekularny, tj. brak korelacji między prędkościami zderzających się cząstek gazu (tzw. Stosszahlansatz), otrzymał równanie, tzw. twierdzenie H, dotyczące wzrostu entropii.
• Podał interpretację statystyczną II zasady termodynamiki.
• Wprowadził stałą fizyczną pojawiająca się w równaniach określających rozkłady energii molekuł, nazwaną na jego cześć stałą Boltzmanna.
• W 1884 sformułował teoretycznie prawo promieniowania ciał o danej temperaturze bezwzglednej nazywane prawem Stefana-Boltzmanna).

Boltzmann był współzałożycielem Austriackiego Towarzystwa Matematycznego (Österreichische Mathematische Gesellschaft) w 1903 roku. Interesował się filozofią, prowadził wykłady z filozofii, które cieszyły się popularnością wśród studentów.