Strålningslagar för svartkropp

De tre grundläggande fysikaliska “Strålningslagar för svartkropp” som är viktiga för teorin bakom termografi är Planks, Wiens och Stefan-Boltzmanns lag. Men innan vi går vidare med att förstå de fysiska principerna för termografi är det viktigt att förstå begreppet ”svartkropp”.

Svartkropp

Plancks lag
                                                 Plancks lag

Alla strålning reflekteras, absorberas eller överförs. En ideal svartkropp däremot absorberar all energi från den infallande IR-strålningen och omvandlar den till sin egen IR-strålning och emitterar, sänder ut, den i sin helhet. Vilket innebär att ingen reflektion eller överföring sker av strålningen. I verkligheten så är de ytterst få objekt som motsvarar en svartkropp utan mer en ”gråkropp” dvs åtminstone reflektion sker.

Fysikaliska strålningslagar

Plancks lag

Plancks lag ger för en svart kropp samband mellan den emitterade strålningens intensitet, temperatur och våglängd. Som man ser i grafen så förändras värmestrålningens intensitet beroende på vilken temperatur och vilken våglängd som det gäller.

Stefan-Boltzmanns lag

Strålningslagar för svartkropp
                                    Stefan-Boltzmanns lag

Från Plancks lag utvecklade Stefan-Boltzmann en ekvation som visar att den emitterade strålningens intensitet ökar med ökad temperatur, se bilden. Men ökningen är något olika för olika våglängder med tendensen är tydlig.

Wiens lag

Från Plancks lag utvecklades även Wiens lag som visar samband mellan värmestrålningens maxima (våglängd λmax) och objektets temperatur (T) i Kelvin. Men här använder vi en ekvation för att visa sambandet:

λmax * T = 2898 [µm • K]

YtaTemperaturStrålningens maximum
Fryst mat-18 °C11,4 µm
Kokande vatten100 °C7,8 µm
Järn, röd hetta600 °C3,3 µm
Järn, vit hetta1,200 °C2,0 µm
Solens yta6,000 °C0,6 µm
                                         Wiens lag

2898 = kallas Wiens konstant

Av ekvationen kan vi se att högre temperatur ger kortare våglängd.

Räknas värden ut för några olika ytor så får man siffror enligt tabellen.

Läs mer

Teoriavsnitt:

  1. Vad är termografi
  2. Strålningslagar för svartkropp (denna sida)
  3. IR-strålning
  4. Emissivitet för olika material