03FE02 Hő terjedése

Fizika egyszerűen

.     Felvetődik a kérdés, hogy vajon mi is a "hőmérséklet"?  A termodinamikai hőmérséklet az anyagot felépítő részecskék átlagos mozgási energiájával kapcsolatos. Bármennyire is rálátásunk van az anyag atomisztikus mozgására, egy köbméter levegő közel millió*millió*millió*millió részecskéjének mozgását egyenként nem tudjuk végigkövetni, azonban, építve arra a tulajdonságra, hogy ilyen nagy számnál a kezdetben akár nagyon különböző sebességeloszlások kiegyenlítődnek, és a fluktuáció (az eltérés az átlagtól) az atomok nagy számából kifolyólag elenyésző lesz, a mérhetetlenül sok részecskéből álló anyagot hatékonyan jellemezhetjük egyetlen makroszkopikus nagysággal: a hőmérséklettel.

Hőterjedés valójában az egymással kapcsolatba kerülő anyaghalmazok általános tendenciája a kiegyenlítődésre, makroszkopikus megfogalmazással élve:  hőmérséklet kiegyenlítődése hőterjedés útján. A hő terjedhet:
- hővezetéssel amikor csak a mozgási energia lesz továbbadva a részecskék helybenmaradása mellett, vagy
- hőáramlással amikor a közeg egy része magával viszi a hőenergiát, vagy
- hősugárzással .

Hőmérsékleti sugárzás :

A hőmérsékleti sugárzás egy külön téma: az egymással ütköző részecskék lényegében elektromágneses kölcsönhatás révén pattannak le egymásról (a gravitációs kölcsönhatás elenyésző, nagyságrendekkel gyengébb, az ütközések pedig messze nem olyan nagy energiájúak, hogy az erős vagy a gyenge kölcsönhatás is porondra léphessen), ez a lepattanás azonban nem elasztikus, mint a billiárdgolyók esetében, hanem energiaveszteséggel jár, mely makroszkopikus szinten a hőmérsékleti sugárzással jellemezhető: ilyen értelemben azon tartományok hőmérséklete is ki fog egyenlítődni, melyek nincsenek közvetlen érintkezésben egymással .

Így például egy izzó vasdarab látható fénytartományban fogja kisugározni hőenergiáját, majd vörös lesz, majd további hüléssel már a szemmel nem látható közeli infravörös tartományban sugároz mikrométeres hullámhosszon, majd szobahőmérsékleten már a 10-100 mikrométeres hősugárzás lesz jellemző, míg végül a világűr kietlen hidegében tovább hülve a centiméteres mikrohullámok energiaspektrumában fog sugározni -270C fokra lehülve. Abszolút nullára, -273C fokra már nem fog lehülni, mert az ősrobbanás felvillanásából hátramaradó 3K fokos kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás folyamatosan visszapótolja a kisugárzott energiát.

Amennyiben azonban az izzó vasdarabot tükröző alufóliával vesszük körül (a hagyományos termoszpalack külső tükörbúrája), akkor a kibocsájtott fény- és hősugárzás vissza fog verődni, és így az izzó vasdarab soha sem fog kihülni, legalábbis az ideális esetben. Mivel azonban az alufólia csak 99%-ban veri vissza a hősugárzást, a látható fényt meg 95%-ban, úgy az elnyelt energia következtében az alufólia is fel fog melegedni, aminek köszönhetően úgy befelé mint kifelé hőenergiát fog kisugározni. A kifelé sugárzott energia már nem a kezdetben izzó vasat fogja visszamelegíteni, így a forró vasdarab százszor hoszabb idő után mégis ki fog hülni a legvégén...