Как инфракрасное излучение связано с теплом?

Энергия электромагнитного излучения (в частности, фотона) равна

куда$h$постоянная Планка,$\nu$это частота,$c$это скорость света, а$\lambda$это длина волны. Итак, вы можете видеть, что по мере увеличения длины волны энергия уменьшается.

Разные длины волн электромагнитного излучения соответствуют разным энергиям квантовых состояний. Фотоны могут поглощаться молекулой для получения энергии, но только с определенной длиной волны (в зависимости от молекулы и двух состояний, в которые осуществляется переход).

Оказывается, фотон из инфракрасной области имеет энергию порядка энергии колебательных переходов в молекулах. Я упомянул, что когда фотон поглощается, молекула получает энергию, но она также может излучать фотон и понижать свою энергию до другого разрешенного колебательного квантового состояния. При этом причина, по которой ИК-свет создается и ассоциируется с теплом, заключается в том, что вы видите, как молекулы переходят из одного колебательного квантового состояния в более низкое колебательное квантовое состояние, испуская фотон соответствующей энергии (в ИК-диапазоне).

Обратите внимание, что колебательные состояния действительно доступны только при более высоких (обычно около комнатной) температурах.

Вся материя в массе излучает (приблизительно) как излучатель черного тела , примерно потому, что существуют коэффициенты излучения , зависящие от составляющих. Для газов функциональная форма иная.

Излучение имеет специфический спектр и интенсивность, которая зависит только от температуры тела.

По мере снижения температуры пик кривой излучения черного тела смещается в сторону более низких интенсивностей и более длинных волн. График излучения черного тела также сравнивается с классической моделью Рэлея и Джинса.

Обратите внимание, что большая часть излучения находится в инфракрасном диапазоне.

Тепло можно определить как энергию, передаваемую от объекта с высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Объект не обладает «теплом»; подходящим термином для микроскопической энергии в объекте является внутренняя энергия. Внутренняя энергия может быть увеличена за счет передачи энергии объекту от объекта с более высокой температурой (более горячего) — это правильно называется нагревом.

Потери энергии черным телом определяются законом Стефана-Больцмана .

Таким образом, энергия, уносимая инфракрасным излучением, уменьшает теплосодержание излучающего тела. Это связь инфракрасного излучения с теплом.

Микроскопические взаимодействия, порождающие фотоны, объясняются в других ответах. Этот ответ касается термодинамической основы

Думаю, я понимаю ваше замешательство. Ответ будет таким: вы ошиблись. Между теплом и инфракрасным излучением нет особой связи, за исключением того факта, что большинство тел излучают большую часть своего тепла в инфракрасном спектре, потому что у них недостаточно энергии (тепла) для излучения на более высокой частоте. Смотрите графики в этой теме.

Таким образом, можно было бы заявить о такой же связи между рентгеновскими лучами и теплом. На самом деле, даже больше, поскольку взаимодействия с рентгеновскими лучами представляют собой еще более высокую энергию, за исключением того, что вокруг не так уж много вещей, излучающих рентгеновские лучи. Вероятно.

Самый простой ответ заключается в том, что при температуре ниже 3000 Кельвинов тепло излучает ЭМ (часто называемое физиками светом, хотя это все ЭМ, а не только видимый свет) в инфракрасном диапазоне. Поскольку большая часть тепла генерирует свет в инфракрасном диапазоне, ученые часто называют инфракрасный свет теплом. Это обобщенный термин или условность.

Технически тепловая энергия и свет — разные вещи, но тепловую энергию можно измерить по ее электромагнитному излучению. При достаточной температуре тепло может производить видимый свет, как на нашем солнце, а также ультрафиолет, как на нашем солнце. Кроме того, хотя тепловая энергия и свет — разные вещи, тепловая энергия производит излучение в электромагнитном спектре, а большая часть тепла, производимого на Земле, производит свет в инфракрасном диапазоне.

""""".....Как инфракрасное излучение связано с теплом?....."""""

Я так понимаю, это ваш вопрос.

«Инфракрасный» представляет собой электромагнитную лучистую энергию, обычно охватывающую диапазон длин волн от примерно 800 нм (ближний ИК) до примерно 100 микрометров (дальний ИК). Инфракрасное излучение включает в себя излучение отдельных молекул или атомов как следствие квантово-механических переходов между энергетическими состояниями этих атомов или молекул. Он также включает в себя излучение непрерывного спектра электромагнитной лучистой энергии от больших скоплений атомов или молекул, имеющих температуру выше нуля градусов Кельвина; это излучение полностью обусловлено и характеризуется температурой материала и не связано с какими-либо квантованными уровнями энергии, характерными для излучающего материала. Источником излучения является ускорение электрического заряда в атомах или молекулах материала, при этом они претерпевают искажения в результате нахождения в столкновениях друг с другом; эти столкновения характерны для температуры материала.

«Тепловая энергия», с другой стороны, является чисто механической энергией перемещения или вибрации, вращения и т. д. самих атомов или молекул и не связана с электрическим зарядом или свойствами электронов или атомных состояний. Тепловая энергия может передаваться через физические материалы в результате столкновений между атомами или молекулами и их соседями. (проводимость) Он также может переноситься физическим массовым переносом самой (нагретой) среды (конвекция).

«Тепловая энергия» НЕ является электромагнитным излучением.

ИК-излучение является следствием тепловой энергии системы, и именно в этой форме энергия распространяется. Конечно, в электромагнитном спектре есть разные области, и почти любая из них может нести энергию (просто говоря). Несомненно, вы наверняка слышали о микроволновой печи, в которой для разогрева пищи используется излучение микроволнового спектра. Таким образом, связь между инфракрасным излучением и теплом заключается в том, что можно сказать, что они генерируются друг из друга.