Wie verhält sich Infrarot zu Wärme?

Die Energie elektromagnetischer Strahlung (insbesondere eines Photons) ist

wo$h$ist die Plancksche Konstante,$\nu$ist die Frequenz,$c$ist die Lichtgeschwindigkeit, und$\lambda$ist die Wellenlänge. Sie können also sehen, dass mit zunehmender Wellenlänge die Energie abnimmt.

Unterschiedliche Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung entsprechen unterschiedlichen Energien von Quantenzuständen. Photonen können von einem Molekül absorbiert werden, um Energie zu gewinnen, aber nur mit bestimmten Wellenlängen (abhängig vom Molekül und den beiden Zuständen, in die/aus denen übergegangen wird).

Es stellt sich heraus, dass ein Photon aus dem Infrarotbereich eine Energie in der Größenordnung der Energie von Schwingungsübergängen in Molekülen hat. Ich erwähnte, dass, wenn ein Photon absorbiert wird, das Molekül Energie gewinnt, nun, es kann auch ein Photon emittieren und seine Energie auf einen anderen seiner erlaubten Schwingungsquantenzustände senken. Der Grund, warum IR-Licht erzeugt und mit Wärme in Verbindung gebracht wird, ist, dass Sie sehen, wie Moleküle von einem Schwingungsquantenzustand in einen niedrigeren Schwingungsquantenzustand wechseln, indem sie ein Photon mit geeigneter Energie (im IR-Bereich) abgeben.

Beachten Sie, dass Schwingungszustände nur bei höheren Temperaturen (im Allgemeinen nahe der Raumtemperatur) wirklich zugänglich sind.

Alle Materie in Masse strahlt (ungefähr) als schwarzer Strahler , ungefähr, weil es Emissionskoeffizienten gibt, die von den Bestandteilen abhängen. Bei Gasen ist die funktionelle Form anders.

Die Strahlung hat ein spezifisches Spektrum und eine Intensität, die nur von der Körpertemperatur abhängt

Wenn die Temperatur abnimmt, verschiebt sich die Spitze der Schwarzkörperstrahlungskurve zu niedrigeren Intensitäten und längeren Wellenlängen. Der Schwarzkörperstrahlungsgraph wird auch mit dem klassischen Modell von Rayleigh und Jeans verglichen.

Beachten Sie, dass die meiste Strahlung im Infrarotbereich liegt.

Wärme kann als Energie beim Übergang von einem Objekt mit hoher Temperatur zu einem Objekt mit niedrigerer Temperatur definiert werden. Ein Objekt besitzt keine „Wärme“; Der passende Begriff für die mikroskopische Energie in einem Objekt ist innere Energie. Die innere Energie kann erhöht werden, indem Energie von einem Objekt mit höherer Temperatur (heißer) auf das Objekt übertragen wird - dies wird richtig als Erwärmung bezeichnet.

Der Energieverlust eines Schwarzen Körpers ist durch das Stefan-Boltzman- Gesetz gegeben

Somit reduziert die von der Infrarotstrahlung abgeführte Energie den Wärmeinhalt des strahlenden Körpers. Dies ist die Verbindung von Infrarot zu Wärme.

Die mikroskopischen Wechselwirkungen, die die Photonen hervorrufen, werden in den anderen Antworten erklärt. Diese Antwort betrifft den thermodynamischen Rahmen

Ich glaube ich verstehe deine Verwirrung. Die Antwort wäre: Sie haben sich getäuscht. Es gibt keine besondere Verbindung zwischen Wärme und Infrarotstrahlung, außer der Tatsache, dass die meisten Körper den größten Teil ihrer Wärme im Infrarotspektrum abstrahlen, weil sie nicht genug Energie (Wärme) haben, um mit einer höheren Frequenz zu strahlen. Siehe die Grafiken in diesem Thread.

Man könnte also den gleichen Zusammenhang zwischen Röntgenstrahlen und Wärme behaupten. Tatsächlich wäre es sogar noch mehr, da Wechselwirkungen mit Röntgenstrahlen noch energiereicher sind, außer dass es nicht so viele Dinge gibt, die Röntgenstrahlen ausstrahlen. Wahrscheinlich.

Die einfachste Antwort ist, dass Wärme unter einer Temperatur von 3.000 Kelvin EM (von Physikern oft als Licht bezeichnet, obwohl es alles EM und nicht nur sichtbares Licht ist) im Infrarot ausstrahlt. Da die meiste Wärme Licht im Infrarotbereich erzeugt, bezeichnen Wissenschaftler Infrarotlicht oft als Wärme. Dies ist ein allgemeiner Begriff oder eine Konvention.

Technisch gesehen sind Wärmeenergie und Licht verschiedene Dinge, aber Wärmeenergie kann durch ihre EM-Strahlung gemessen werden. Bei ausreichender Temperatur kann Wärme sichtbares Licht wie in unserer Sonne sowie ultraviolettes Licht wie in unserer Sonne erzeugen. Obwohl Wärmeenergie und Licht verschiedene Dinge sind, erzeugt Wärmeenergie Strahlung im EM-Spektrum und die meiste auf der Erde erzeugte Wärme erzeugt Licht im Infrarotbereich.

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Ich nehme an, das ist Ihre Frage.

"Infrarot" ist elektromagnetische Strahlungsenergie, die im Allgemeinen den Wellenlängenbereich von etwa 800 nm (nahes IR) bis etwa 100 Mikrometer (fernes IR) umfasst. Infrarotstrahlung umfasst Emissionen von einzelnen Molekülen oder Atomen als Folge quantenmechanischer Übergänge zwischen Energiezuständen dieser Atome oder Moleküle. Es umfasst auch die Emission eines Kontinuumsspektrums von EM-Strahlungsenergie von großen Ansammlungen von Atomen oder Molekülen, die eine Temperatur von mehr als null Kelvin haben; diese Strahlung ist vollständig auf die Temperatur des Materials zurückzuführen und durch diese gekennzeichnet und steht in keinem Zusammenhang mit quantisierten Energieniveaus, die für das emittierende Material charakteristisch sind. Der Ursprung der Strahlung ist die Beschleunigung der elektrischen Ladung in den Atomen oder Molekülen des Materials, während sie infolge von Kollisionen miteinander verzerrt werden; diese Kollisionen sind charakteristisch für die Temperatur des Materials.

"Wärmeenergie" andererseits ist rein mechanische Energie der Translation oder Vibration, Rotation usw. der Atome oder Moleküle selbst und hat nichts mit elektrischer Ladung oder Eigenschaften von Elektronen oder atomaren Zuständen zu tun. Als Folge der Kollisionen zwischen Atomen oder Molekülen und ihren Nachbarn kann Wärmeenergie durch physikalische Materialien transportiert werden. (Konduktion) Es kann auch durch physikalischen Massentransport des (erwärmten) Mediums selbst transportiert werden (Konvektion).

„Wärmeenergie“ ist KEINE elektromagnetische Strahlung.

IR-Strahlung ist eine Folge der thermischen Energie eines Systems, und in dieser Form breitet sich die Energie aus. Natürlich gibt es verschiedene Bereiche im elektromagnetischen Spektrum und fast jeder von ihnen kann Energie transportieren (einfach ausgedrückt). Zweifellos haben Sie schon einmal von der Mikrowelle gehört, die die Strahlung im Mikrowellenspektrum zum Erhitzen von Speisen nutzt. Die Beziehung zwischen Infrarot und Wärme ist also, dass man sagen kann, dass sie voneinander erzeugt werden.