2. Temperatuurstraling
Absorptie en emissie: De stralingswet van Kirchhoff (3/4)
Helderheid in het infrarood
In de foto van de hete oven was de donkerdere kleur van de kopjes op de voorgrond gebaseerd op hun lagere temperatuur. De helderheid neemt blijkbaar af bij dalende temperaturen. Tegelijkertijd is er een verandering in kleuren: Rode warmte duidt op lagere temperaturen dan witte warmte. Als de temperatuur verder daalt tot kamertemperatuur, zenden lichamen nog steeds straling uit die zich dan in het infrarood bevindt (ongeveer 10 μm). Dit deel van het spectrum wordt thermisch infrarood genoemd.
De heldere atmosfeer is gedeeltelijk transparant in het thermisch infrarood. Het is dus mogelijk om de straling van het aardoppervlak vanuit een vliegtuig of satelliet te observeren met behulp van een infraroodcamera. Heldere gebieden moeten een hogere temperatuur hebben dan donkere.
Rechts: RGB ware kleurenbeeld van de TM van Midden-Italië als een cmposiet van de rode, de groene en de blus TM kanalen. Zie ook de paragraaf over spectrale analyse.
Bron: ESA EduSpace Image Catalogue.
De verschillende waarden voor de grijstinten in het infraroodsatellietbeeld in de linkerkolom zijn het gevolg van verschillende temperaturen van het aardoppervlak. Er moet echter rekening worden gehouden met de mate van emissie van verschillende materialen om temperaturen af te leiden uit verschillende grijsniveaus.
In het volgende zullen we temperaturen alleen in Kelvin aangeven, dus we gebruiken de absolute of Kelvin-temperatuurschaal. Het symbool voor de temperatuur in Kelvin is . De eenheid 1 K (1 Kelvin) is precies even groot als 1°C. Bij standaard atmosferische druk (1013 hPa) ligt het vriespunt van water bij 273,2 K resp. 0°C, de kooktemperatuur van water ligt bij 373,2 K resp. 100°C. De schaal van Kelvin verschuift dus naar waarden die 273,2 graden hoger liggen dan de schaal van Celsius.
Typische emissiegraden van materialen bij kamertemperatuur in het spectrale bereik van 8 tot 14 μm. Bron: Lillesand et al., 2008.
| Materiaal | Mate van emissieε |
|---|---|
| Gezonde groene vegetatie | 0,96 - 0,99 |
| Droge vegetatie | 0,88 - 0,94 |
| Asfalt | 0,94 - 0,97 |
| Basalt | 0,92 - 0,96 |
| Graniet | 0,83 - 0,87 |
| Droge mineraalrijke grond | 0,92 - 0,96 |
| Hout | 0,87 |
| Water, zeewater | 0,98 - 0,99 |
| IJs | 0,97 - 0,98 |
| Gepolijste metalen oppervlakken | 0,05 - 0,21 |
Als de emissiegraad lager is dan 1, zal de temperatuur die wordt afgeleid uit de helderheid lager zijn dan de werkelijke temperatuur van een object gemeten door een thermometer. Deze temperatuur wordt daarom stralingstemperatuur genoemd. De relatie tussen de twee temperaturen is:
De relatie kan pas in de volgende secties worden bewezen.
Voor gezonde vegetatie (≈0,98) bij kamertemperatuur ≈293 K (20°C) lekt de stralingstemperatuur slechts 1,5 graden. Van gepolijst metaal (≈0,05) bij dezelfde ware temperatuur vindt men ≈139 K, wat gelijk is aan -134°C.
