- sálanie tepla (žiarenie čierneho telesa)
- žiarenie žiarovky
- slnečné svetlo
- žeravé pevné častice v plameňoch (oheň)
- atómová spektrálna emisia (emisie môžu byť stimulované alebo spontánne)
- laser a maser (stimulovaná emisia)
- Svetlo luministenčné diódy
- plynové výbojky
- urýchlenie voľného nosiče prúdu (zvyčajne elektrónu)
- chemiluminiscencia
- fluorescencia
- fosforencia
- katódové žiarenie
- bioluminiscencia
- sonoluminiscencia
- riboluminiscencia
- radioaktivný rozpad
- anihilácia páru častica-antičastica
3.1. Žiarenie čierneho telesa
Absolútne čierne teleso je idealizované teleso, ktoré úplne pohlcuje žiarenie všetkých vlnových dĺžok dopadajúce na jeho povrch. Absorbčný koeficient absolútne čierneho telesa je 1 pre všetky vlnové dĺžky. Abolútne čierne teleso je súčasne ideálny žiarič, zo všetkých možných telies tej istej teploty vysiela najväčšie množstvo žiarivej energie. Celkové množstvo energie, ktoré sa vyžiari z povrchu absolútne čierneho telesa za jednotku času a rozloženie intenzity žiarenia podľa vlnových dĺžok závisí len od jeho teploty. Žiarenie Slnka pomerne dobre zodpovedá žiareniu absolútne čierneho telesa s teplotou približne 5800 K, reliktové žiarenie zodpovedá žiareniu absolútne čierneho telesa s teplotou 2,7 K.
3.1.2. Čo je teplo?
V minulosti si ľudia mysleli, že medzi telesami prúdi kalorikum, akási neviditeľná substancia, ktorej majú studené telesá málo a horúce veľa. Dnes už vieme, že to tak nie je. V skutočnosti je teplo iba spôsobom prenosu energie medzi telesami. Bežným spôsobom prenosu energie je konanie práce. Ak je v nádobe uzavretý plyn, a my zatlačíme na piest, ktorý túto nádobu uzatvára a posunieme ho, konáme prácu. Ak je nádoba tepelne izolovaná (to znamená, že si nevymieňa energiu s okolím), plyn v jej vnútri sa v dôsledku posunutia piestu zohreje (o koľko presne sa zohreje nám hovorí prvý termodynamický zákon). V prípade plynu v nádobe však môžeme konať prácu aj neviditeľným spôsobom, dodaním tepla. Dosiahneme to napríklad vtedy ak budeme steny nádoby ohrievať. To spôsobí, že ich teplota sa zvýši a molekuly stenu tvoriace budú mať vyššiu energiu. Molekuly plynu s menšou energiou potom pri zrážkach so stenami časť energie ich molekúl prevezmú. Tento mikroskopický proces nazývame výmena tepla. Napriek tomu, že dnes už vieme, že žiadne kalorikum neexistuje, ešte stále hovoríme, že teplo prúdi z teplejšieho telesa na studenšie. V skutočnosti prúdi energia, ktorá sa premieňa na neusporiadaný pohyb molekúl látky - teda zvyšuje (resp. znižuje) jej teplotu.
3.1.3. Mechanizmy výmeny tepla
Doteraz sme sa zaoberali jedným špeciálnym spôsobom výmeny tepla, obvyklým najmä v termodynamike, pri ktorom sa energia prenáša medzi tuhou látkou a plynom (resp. kvapalinou). Okrem toho poznáme tri ďalšie základné spôsoby výmeny tepla, a to vedenie, konvekciu a žiarenie.
3.1.4. Vedenie tepla
Toto je najbežnejší spôsob prenosu tepla v tuhých látkach. Spočíva v tom, že ak majú jednotlivé časti telesa rôznu teplotu, interakciou medzi susediacimi molekulami dochádza k prenosu energie tak, aby sa teplota vyrovnala. Najjednoduchším prípadom vedenia tepla je tyč s konštantným prierezom S a dĺžkou L, ktorej konce majú teploty T1 a T2. Medzi týmito dvoma koncami sa potom za čas Δt prenesie teplo veľkosti, kde λ je konštanta pred daný materiál charakterizujúca "ako dobre" vedie teplo, nazýva sa merná tepelná vodivosť. Jej hodnoty pre rôzne látky sa veľmi líšia. Veľkú tepelnú vodivosť majú zvyčajne kovy (napríklad meď 390 Wm-1K-1, hliník 240 Wm-1K-1, platina 70 Wm-1K-1, oceľ 40 Wm-1K-1), dobrými izolantmi sú napríklad sklo (1,3 Wm-1K-1) a drevo (podľa druhu, menej ako 1 Wm-1K-1).
3.1.5. Konvekcia
Dochádza k nej v plynoch i kvapalinách. Konvekcia je založená na tom, že hustota látky sa významne mení s teplotou a preto keď majú jej rôzne oblasti rôznu teplotu, dochádza k prirodzenému prúdeniu (konvekcii) a následne premiešavaniu a vyrovnávaniu teplôt. Konvekciu môžeme pozorovať napríklad v hrnci s vodou pri zohrievaní na sporáku, kde zohriata a ľahšia voda stúpa a dole ju nahrádza chladnejšia voda z vyšších vrstiev kvapaliny. V beztiažovom stave rozdiel hustôt nespôsobí pohyb častí kvapaliny, takáto prirodzená konvekcia vtedy preto neprebieha. Ak je prúdenie vnútené (napríklad ventilátorom v miestnosti), hovoríme o nútenej konvekcii.
3.1.6. Žiarenie
Keď nastavíme dlaň k ohňu, cítime teplo. V tomto prípade ide o prenos žiarením - horúce plamene vyžarujú fotóny podľa Planckovho zákona a časť týchto fotónov je zachytená našimi rukami a spôsobuje pocit tepla. Na rozdiel od predchádzajúcich spôsobov, žiarenie nevyžaduje prítomnosť nejakého média, ktoré by prenos tepla zabezpečila - uskutočňuje sa aj vo vákuu. Žiarením je prenášaná napríklad energia zo Slnka na Zem, časti tepla sa Zem vlastným žiarením zbavuje. Žiarenie tzv. absolútne čierneho telesa popisuje Stefanov-Boltzmanov zákon, podľa ktorého ak má toto teleso teplotu T, z plochy S je vyžarovaný výkon (množstvo energie za jednotku času)
V tomto vzťahu vystupuje Stefan-Boltzmanova konštanta .
Ultrafialové žiarenie (UV) je elektromagnetické žiarenie o vlnovej dĺžke kratšej ako viditeľné svetlo, ale dlhšej ako mäkké röntgenové žiarenie. Delí sa na blízke (380-200 nm), ďaleké alebo vákuové (FUV, 200-10 nm) a extrémne (EUV alebo XUV, 1-31 nm).
Infračervené žiarenie je elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou väčšou ako viditeľné svetlo a kratšou ako mikrovlnné žiarenie. Názov znamená „pod červenou“, pričom červená je farba viditeľného svetla s najdlhšou vlnovou dĺžkou. Infračervené žiarenie zaberá v spektre 3 dekády a má vlnovú dĺžku medzi 760 nm a 1 mm, resp. energiu fotónov medzi 0,0012 a 1,63 eV.]
3.1.7. Umelé zdroje osvetlenia
Je isté, že priemyselne rozvinutá spoločnosť sa nezaobíde bez umelých zdrojov svetla. Tieto zdroje v porovnaní s prírodným zdrojom svetla a tepla majú viaceré nevýhody, ale aj výhody. K nevýhodám môžme priradiť kvalitu podania farieb a určitú energetickú náročnosť. K výhodám patrí nesporne to, že tieto zdroje dávajú presne definované svetlo čo sa týka spektrálneho zloženia, presne definovaný a voliteľný merný výkon, žiarenie nie je závislé od dennej hodiny a na prírodných podmienkach tak ako slnenčné svetlo. Zdroje sa dajú veľmi jednoducho zapnúť a vypnúť a intenzita žiarenia sa dá pomerne jednoducho meniť či už ručne, alebo automaticky podľa zvoleného programu. Bez problémov sa dá usmerniť smer svetelného toku.
3.2. Žiarovka
Žiarovka je druh zariadenia na premenu elektrickej energie na svetlo. Vynašiel ju Thomas Alva Edison v roku 1879. Funguje na princípe zahrievania tenkého vodiča elektrickým prúdom, ktorý ním preteká. Pri vysokej teplote vlákno žiarovky žiari ako absolútne čierne teleso v infračervenom a ultrafialovom a viditeľnom spektre. Sklenená banka žiarovky je však pre ultrafialové žiarenie nepriepustná.
Pôvodné Edisonove žiarovky mali uhlíkové vlákno, dnes sa zvyčajne využíva volfrám, ktorý lepšie odoláva vysokým teplotám. Aby vlákno nezhorelo, je umiestnené v sklenenej banke, z ktorej je vyčerpaný vzduch. Podtlak by ale spôsobil nebezpečnú implóziu pri náhodnom rozbití banky, preto býva vákuum nahradené inertným plynom pod nízkym tlakom. Žiarovky sa plnia aj halogenovými plynmi (pozri halogénová žiarovka). Zo žiarovky sa neskôr vyvinula elektrónka, ktorá bola základom elektronických prístrojov až do vynálezu tranzistora. No na mnohých miestach boli žiarovky nahradené z dôvodu dlhšej životnosti a lepšej energetickej účinnosti výbojkami alebo žiarivkami. V poslednom období sa začínajú používať aj LED diódy
3.3. Slnečné svetlo
Slnečné svetlo, rozsah viditeľného a infračerveného svetla, má dopĺňať nedostatok energie v organizme. Rôzne vlnové dĺžky majú rozlíšiť biologický vplyv a príslušné liečivé procesy.
3.3.1.Vlastnosti slnečného svetla
Slnečné svetlo ( viditeľné spektrum a rozsah infračerveného žiarenia ) je jediný druh prirodzeného elektromagnetického žiarenia, ktoré je užitočné a nevyhnutné pre organizmus. Tkanivá môžu využívať slnečné svetlo rôznym spôsobom. Do ich štruktúry preniká: infračervené svetlo, a to takým spôsobom, že rozohreje a aktivuje rôzne procesy, počiatočný rozsah ultrafialového svetla, ktoré urýchľuje proces syntézy vitamínu D a rozsah viditeľného (bieleho) svetla, ktoré je najdôležitejšie pre udržiavanie života na Zemi.
3.3.2.Význam niektorých parametrov svetla
Pre využitie svetla na liečivé účely je potrebné vedieť, akým spôsobom pôsobia jednotlivé rozsahy svetleného spektra (od fialového po červené). Napríklad modré svetlo je účinné pri liečbe akné. Častice hemoglobínu, ktoré potrebujú červené svetlo (660 nm), vďaka ktorému sa začnú aktívne podieľať na premene kyslíka a uhlodioxidov. Ďalší nárast vlnovej dĺžky zvýšene vyvoláva teplotné účinky žiarenia, čo sa môže udiať v rozsahu infračerveného svetla (vyše 880 nm). Toto svetlo sa charakterizuje najväčšou schopnosťou prenikania. Takže je veľmi dôležité, ktorý rozsah vlnenia sa užíva na terapiu.
Spôsob dávkovania svetla (stále alebo pulzujúce) je taktiež veľmi dôležitý. V mnohých prípadoch nie je dostatočné ošetrovať svetlom iba postihnuté miesto, ale je nutné vybrať optimálne parametre frekvencie prenosu energie. Pulzovanie svetla je veľmi dôležitý faktor, pretože každá častica, ktorá posiela svoje kvantové energie, ako aj keď komunikuje s ďalšími časticami, je „zvyknutá“ práve na spôsob prijímania elektromagnetickej energie s prerušovaním. Optimálna frekvencia tohto pulzovania závisí od parametrov konkrétnych častíc – druhu tkaniva a charakteru postihnutia (ochorenia).
V závislosti od jeho parametrov môžeme dosiahnuť pozitívne (liečivé, preventívne), alebo negatívne (ochorenia) pôsobenie, ktoré vzniká v prípade vlnenia s deštruktívnymi parametrami.
Príkladom užitočného pôsobenia slnečného svetla je zlepšenie našej nálady v jarnom a letnom období. Jesenný a zimný nedostatok slnečného svetla znižuje úroveň mnohých hormónov a aktivitu enzýmov v ľudskom organizme, napr. melatonín, ktorý reguluje aktivitu a životný rytmus organizmu. Všetkým je známa zimná depresia, únava, zníženie obranyschopnosti, čo zvyšuje možnosť vzniku infekcie. Mnohé enzýmy znižujú svoju aktivitu, čoho dôsledkom je zhoršenie biochemických procesov, ktoré slúžia na prijímanie výživných substancií a tvorbu tkaniva.
Slnečné svetlo, rozsah viditeľného a infračerveného svetla, má dopĺňať nedostatok energie v organizme. Rôzne vlnové dĺžky majú rozlíšiť biologický vplyv a príslušné liečivé procesy. Áno, aj svetlo je vlnenie! Aké vlnenie? Elektromagnetické! To znamená, že to, čo sa v prítomnosti svetelnej vlny vlní, je elektromagnetické pole v priestore, ktorým sa vlna šíri. Existujú aj iné elektromagentické vlnenia ako je svetlo. Sú to napríklad rozhlasové vlny, mikrovlny, infračervené vlny, ultrafialové vlny, roentgenové žiarenie alebo gama žiarenie. Ako čoskoro uvidíte, svetelné vlny sa v mnohom podobajú na mechanické vlny.
Elektromagnetické spektrum. V hornej časti obrázka sú znázornené prístroje, ktoré dané elektromagnetické vlny produkujú alebo registrujú.
Svetelné vlny ľubovoľnej vlnovej dĺžky sa vo vákuu šíria rýchlosťou svetla, ktorá je c = 299 792 458 m.s–1. Je to základná konštanta prírody a šíria sa ňou vo vákuu všetky elektromagnetické vlny. Svetlom rozumieme elektromagnetické vlnenie s vlnovými dĺžkami od 380 nm do 780 nm. Takéto elektromagnetické vlnenie sme schopní zachytiť našimi očami. Na to, že svetlo je vlnenie, prišiel anglický polyhistor Thomas Young. K svojim prekvapujúcim záverom dospel, keď sa pokúšal odôvodniť dúhové farby, ktoré často vidno na bublinkách, prípadne na kalužiach, na ktorých je tenká vrstvička oleja. Na konci tohoto tutoriálu budete aj vy vedieť tieto javy vysvetliť.
