Νόμοι ακτινοβολίας

Στην περίπτωση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας δυο μοντέλα είναι αυτά που περιγράφουν και διασαφηνίζουν τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της:

• Το μοντέλο του κύματος: κάθε μόριο με θερμότητα πάνω από το απόλυτο μηδέν ταλαντώνεται (πάλλεται). Αυτή η ταλάντωση προκαλεί μια αναταραχή, κυματική στο ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει το μόριο, το οποίο έτσι δρά ως πηγή ακτινοβολίας. Αυτά τα δυο πεδία είναι κάθετα μεταξύ τους. Το κύμα ταλάντωσης ταξιδεύει από την πηγή με σταθερή ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός που ισούται με 3x10⁹ m/sec και συμβολίζεται με c, όταν το μέσο διάδοσης είναι το κενό.

Το γινόμενο του μήκους κύματος (λ) μιας φωτεινής ακτινοβολίας επί την αντίστοιχη συχνότητα της (ν) είναι σταθερό και ισούται με την ταχύτητα του φωτός που είναι ε (c): λν=c

• Η θεωρία των κβάντα: Αυτή δίνει έμφαση στις όψεις της συμπεριφοράς της ακτινοβολίας και υποστηρίζει ότι αποτελείται από πολλά μικρά σωματίδια τα quanta φωτός τα οποία αργότερα ονομάστηκαν από τον Einstein, φωτόνια. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι εκτός από την κυματική, το φώς έχει και ιδιότητες σώματος. Η ενέργεια που φέρει ένα φωτόνιο ορίζεται ως: E/ν=h όπου h: η σταθερά του Planck= 6,625x10^-27 erg/sec ή 6,626x10^-34 J/s, ν: συχνότητα του κύματος.

Οι νόμοι που διέπουν τις πηγές ακτινοβολίας με την αντίστοιχη ΕMR που εκπέμπουν είναι οι ακόλουθοι:

• O νόμος του Planck

Ο νόμος αυτός μας επιτρέπει τον υπολογισμό του ποσού της EMR που ακτινοβολείται από ένα σώμα για συγκεκριμένη θερμοκρασία και μήκος κύματος.

• Ο νόμος των Stephan-Boltzman αποτελεί το ολοκλήρωμα για όλα τα μήκη κύματος του νομου του Planck.

Είναι σημαντικό να κατανοηθεί ότι από το νόμο των Stephan-Βoltzman συνάγεται ότι όσο υψηλότερη θερμοκρασία έχει ένα σώμα τόσο περισσότερη ακτινοβολία εκπέμπει. Το γεγονός αυτό λαμβάνεται σοβαρά υπόψη κατά το σχεδιασμό των αισθητήρων που μετρούν την EMR. Ψυχρότερα σώματα, όπως π.χ. η Γή, εκπέμπουν λιγότερη ενέργεια και κατά συνέπεια απαιτείται ή μεγαλύτερος χρόνος έκθεσης ή χρήση μεγαλύτερης στοιχειώδους επιφάνειας (εικονοστοιχείο, pixel) προκειμένου να συλλεχθούν αρκετά φωτόνια για μια αξιόπιστη μέτρηση η οποία δεν θα επηρεάζεται από το θόρυβο.

• Νόμος μετατόπισης του Wein

Ο νόμος αυτός ορίζει ότι το μήκος κύματος κατά το οποίο παρατηρείται η μέγιστη εκπομπή φωτός από μια φωτεινή πηγή είναι αντιστρόφως ανάλογο της θερμοκρασίας της πηγής: λ_m=2897/T.

• Νόμος του Beer-Lambert

Σύμφωνα με το νόμο αυτό (φέρεται επίσης και ως νόμος Beer-Lambert-Bouguer ή ακόμη και ως ο νόμος Βeer) η φωτεινή ενέργεια ακτινοβολίας με συγκεκριμένο μήκος κύματος που χάνεται (dI_λ) κατά τη διέλευση της από ένα υγρό είναι ανάλογη με την εισερχόμενη (Ι_λ), την πυκνότητα του υγρού (ρ) και το μήκος της διαδρομής (ds) μέσα στο υγρό: dI_λ=Ι_λ k_λρds