natuurkunde

Thermische straling - zwarte straler

Deze applet toont stralingskrommen van een zwarte straler.

Applet: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder
https://phet.colorado.edu

---

Thermische straling

Elk voorwerp zendt elektromagnetische straling uit. Ook absorbeert en reflecteert elk voorwerp de straling van andere voorwerpen. Alles straalt, absorbeert en reflecteert tegelijk.
Welke straling een voorwerp zelf uitzendt hangt af van zijn temperatuur. Bij lagere temperaturen alleen infrarode straling, bij wat hogere temperaturen wordt het voorwerp roodgloeiend, bij nog hogere temperaturen geelgloeiend en uiteindelijk witgloeiend.
Vanwege deze temperatuursafhankelijkheid spreek je van thermische straling.

Zwarte straler

Een dofzwart voorwerp absorbeert bijna alle opvallende straling en reflecteert bijna niets. Het tegengestelde van een spiegel dus. Van zo'n voorwerp komt dus vrijwel alleen zijn eigen thermische straling af, geen reflectie. Daarom is het heel geschikt voor de studie van thermische straling.
Het ideaal is een zogeheten zwarte straler: een (theoretisch) voorwerp dat alle opvallende straling absorbeert en een maximaal deel van zijn inwendige energie omzet in straling. Intensiteit en golflengteverdeling van het spectrum hangen dan alleen af van de temperatuur van de straler.
Voorwerpen en lichamen waarvan de intensiteit van de eigen straling veel groter is dan die van de gereflecteerde, zijn in goede benadering zwarte stralers. Sterren bijvoorbeeld.

De applet

Met deze applet kun je stralingskrommen van een zwarte straler bestuderen: grafieken met de intensiteit van de uitgestraalde thermische straling als functie van de golflengte.

• Met het blauwe driehoekje (uiterst rechts in het midden, naast de thermometer) kies je de temperatuur van de zwarte straler.
  Je ziet direct de stralingskromme bij de gekozen temperatuur.
• Het zichtbare gebied is in het diagram aangegeven.
• Beide assen hebben de optie om in- en uit te zoomen.

Ga na:

• Hoe hoger de temperatuur T hoe groter de totale hoeveelheid uitgestraalde energie, en
• Hoe hoger de temperatuur T hoe kleiner de golflengte λ_max waarbij de stralingsintensiteit maximaal is.
• T en λ_max zijn omgekeerd evenredig.
  
  Hierin is k_W de constante van Wien: 2,8979 ⋅ 10^-3 mK.