**קרינה תרמית** (בעברית נקרא גם **קרינת חום**) היא קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מגוף כתוצאה מהתנועה התרמית של החלקיקים הטעונים המרכיבים אותו. תנועה זו נובעת מכך שבגוף הנמצא בטמפרטורה שמעל האפס המוחלט, החלקיקים שמרכיבים אותו נעים באופן אקראי. מאחר שכל מטען הנמצא בתאוצה פולט קרינה אלקטרומגנטית, כל גוף פולט קרינת חום.

דוגמאות לקרינה תרמית כוללים את האור הנראה ואור אינפרא אדום הנפלטים מנורת להט ומבעלי חיים שניתן לגלות בעזרת מצלמה תרמית וקרינת הרקע הקוסמית שהיא קרינת מיקרוגל. קרינה תרמית שונה מהסעת חום והולכת חום – אדם ליד מדורה ירגיש חום מוקרן מהאש, גם במצב שבו הסביבה קרה.

אור שמש הוא חלק מהקרינה התרמית שנפלטת מהפלזמה של השמש. כדור הארץ גם פולט קרינה תרמית, אולם בעוצמה נמוכה בהרבה ובעלת התפלגות ספקטרלית שונה (יותר אינפרא אדום מאשר נראה) כיוון שהוא קר יותר. בליעת כדור הארץ של הקרינה הסולרית, בשילוב הפליטה התרמית העצמית שלו, הם שני גורמים חשובים בקביעת הטמפרטורה והאקלים על גבי כדור הארץ ברוב המודלים האקלימים.

כאשר לאובייקט תכונות פיזיקליות המאפיינות גוף שחור בשיווי משקל תרמודינמי, הקרינה נקראת קרינת גוף שחור. נוסחת פלאנק מתארת את ספקטרום הקרינה של גוף שחור, שתלוי בטמפרטורה בלבד. חוק ההסחה של וין קובע את התדר בו תהיה הפליטה המקסימלית וחוק סטפן-בולצמן קובע את עוצמת הקרינה הכוללת.

רקע כללי
--------

קרינה תרמית, הידועה גם כחום, היא פליטה של גלים אלקטרומגנטיים מכל חומר בעל טמפרטורה הגבוהה מהאפס המוחלט. היא מתארת את מעבר האנרגיה התרמית לאנרגיה אלקטרומגנטית. אנרגיה תרמית מכילה את האנרגיה הקינטית מתנועות אקראיות של אטומים ומולקולות בחומר. בהגדרה, כל חומר בעל טמפרטורה מורכב מחלקיקים בעלי אנרגיה קינטית, שיוצרים אינטראקציה אחד עם השני. אטומים ומולקולות אלו מורכבים מחלקיקים טעונים, כגון פרוטונים ואלקטרונים, ואינטראקציה זו של חלקיקים גורמת להאצת מטענים. זה גורם ליצירת שדות חשמליים ומגנטיים, הפולטים פוטונים, אנרגיה קרינתית מהחומר כלפי השפה שלו. קרינה אלקטרומגנטית, כולל האור הנראה, אינם דורשים נוכחות של חומר כדי להתפשט ונעים בריק עד אינסוף אילולא היו נחסמים.

התכונות של קרינת תרמית תלויים במגוון מאפיינים של המשטח ממנו הם נפלטים, כגון הטמפרטורה שלו, הבליעה הספקטרלית ועוצמת הפליטה הספקטרלית כפי שמתוארת על ידי חוקי קירכהוף התרמיים. הקרינה איננה מונוכרומטית, כלומר אינם מכילה אורך גל בודד, אלא מורכבת מרצף של פוטונים באנרגיות שונות, שמגדירות את הספקטרום. אם הגוף הקורן ומהשטח שלו נמצאים בשיווי משקל תרמודינמי והמשטח בולע מושלם בכל אורכי הגל, הוא מאופיין כגוף שחור. גוף שחור הוא גם פולט מושלם. הקרינה של פולטים מושלמים נקראת קרינת גוף שחור. היחס בין הפליטה של גוף לפליטה של גוף שחור היא האמיסיביות, כך שלגוף שחור ישנה אמיסיביות של אחד.

בליעה, החזרה ואמסיביות של גוף תלויים באורך הגל של הקרינה. הבליעה והאמסיביות עבור כל אורך גל יהיו שווים – בולע טוב הוא בהכרח גם פולט טוב, ובולע נמוך פולט נמוך. הטמפרטורה קובעת את התפלגות אורכי הגל של הקרינה האלקטרומגנטית. לדוגמה, הצבע הלבן באיור מחזיר גבוה בתחום הנראה (רפלקטביות של בערך 0.8) ולכן נראה לבן לעין האנושית בגלל החזרת השמש, שלה יש פיק באורך גל של בערך 0.5 מיקרומטר. אולם, האמסיביות בטמפרטורה של 5- מעלות צלזיוס, היא 0.95 באורך גל של 12 מיקרומטר ולכן לקרינה תרמית היא תראה שחורה.

התפלגות העוצמה שגוף שחור פולט משתנה עם אורך הגל לפי חוק פלנק. עבור כל טמפרטורה, ישנו אורך גל שבו עוצמת הקרינה מקסימלית. חוק ההסחה של ווין, קובע שאורך הגל יהיה ביחס הפוך לטמפרטורה המוחלטת של גוף שחור. הפוטוספירה של השמש, בטמפרטורה מקורבת של כ-6,000 מעלות קלווין, פולטת קרינה בעיקר התחום הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי. אטמוספירת כדור הארץ שקופה חלקית לאור הנראה, והאור שמגיע אליה נבלע או מוחזר. פני כדור הארץ פולטים את הקרינה הנבלעת, בדומה לגוף שחור בטמפרטורה של כ-300 מעלות קלווין עם פליטה מקסימלית באורך גל של כ-10 מיקרומטר. באורכי גל אלו, האטמוספירה אטומה יחסית והקרינה מפני כדור הארץ נבלעת או מפוזרת באטמוספירה. למרות שחלק מהקרינה בורח לחלל, רוב הקרינה נבלעת ונפלטת מחדש על ידי גזי האטמוספירה. התנהגות ספקטרלית זו של האטמוספירה היא האחראית לאפקט החממה, התורמת להתחממות הגלובלית ולשינויים האקלימיים (אולם, היא גם תורמת ליציבות האקלים כאשר הרכב ומאפייני האטמוספירה נשארים קבועים).

לנורת הלהט יש ספקטרום החופף לספקטרום של גוף שחור של השמש וכדור הארץ. חלק מהפוטונים שנפלטים על ידי הטונגסטן בנורת הלהט שבוער בטמפרטורה של 3,000 מעלות קלווין הם בתחום הנראה. רוב האנרגיה היא של פוטונים באורכי גל ארוכים יותר, בני אדם אינם יכולים לראות אותם, אולם הם מעבירים חום לסביבה. בכל פעם שקרינה אלקטרומגנטית נפלטת ואז נבלעת, חום מועבר. עיקרון זו משמש מכשירי מיקרוגל, חיתוך בלייזר ואפילציה.

בשונה מהולכת והסעת חום, קרינה תרמית יכולה להיות מרוכזת בכתם קטן על ידי שימוש במראות. ריכוז של קרינה סולרית עושה שימוש בעובדה זו. במערכות רבות, מראות משמשות לרכז את אור השמש לשטח קטן. במקום מראות, ניתן לעשות שימוש בעדשות פרנל כדי לרכז את שטף החום (באופן עקרוני ניתן להשתמש בכל סוג של עדשות, אולם באופן מעשי התכנון של עדשות פרנל הוא היחיד שיכול לשמש לעדשות גדולות). כל שיטה יכולת יכולה לאדות מים לקיטור בעזרת אור השמש. למשל, אור השמש שמוחזר ממראות מחמם את תחנת הכוח הסולרית באשלים יכול להעלות את טמפרטורת המים ל-500 מעלות.

### קרינת גוף שחור

המודל החשוב ביותר לקרינה זו הוא קרינת גוף שחור. גוף שהטמפרטורה שלו היא T פולט קרינה בכל התדרים, אך עצמת הקרינה אינה מתחלקת שווה בשווה, אלא היא פונקציה של התדירות. עבור גוף שחור, התפלגות הקרינה נתונה על ידי נוסחת פלאנק:

{\displaystyle u(\nu )={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{\frac {h\nu }{kT}}-1}}}

כאשר \nu  היא התדירות, c היא מהירות האור, k הוא קבוע בולצמן ו-{\displaystyle h} הוא קבוע פלאנק. ככל שטמפרטורת הגוף גבוהה יותר הקרינה הנפלטת ממנו בעוצמה המקסימלית היא בתדירות גבוהה יותר, צפיפות הספק הקרינה בתדירות זו היא גבוהה יותר, ולכן גם סך הספק הקרינה הנפלטת ממנו גדול יותר. רוב הקרינה הנפלטת מגופים בטמפרטורת החדר היא בתחום התת-אדום. מגופים חמים יותר כגון מתכת לוהטת או להבת אש נפלטת קרינה בתדרים גבוהים יותר, בתחום האור הנראה.

ראו גם
------

* חום (פיזיקה)

קישורים חיצוניים
----------------

| מיזמי קרן ויקימדיה |
| --- |
| ויקימילון ערך מילוני בוויקימילון: **קרינת חם** |

* קרינה תרמית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
* חום - קרינה וקליטה, דף שער בספרייה הלאומית

| תרמודינמיקה |
| --- |
| חוקי יסוד | חוקי שימור (החומר, האנרגיה) • חוקי התרמודינמיקה: אפס, ראשון, שני (ראו גם: תנועה נצחית, השד של מקסוול), שלישי |
| קבועים | קבוע הגזים • קבוע בולצמן • קבוע אבוגדרו • קבוע פלאנק |
| משתנים | אינטנסיבים (טמפרטורה, לחץ, פוטנציאל כימי) • אקסטנסיבים (אנטרופיה, נפח, מספר חלקיקים) • משוואת מצב |
| יחידות מידה | טמפרטורה (צלזיוס, קלווין, יח' אחרות) • נפח (ליטר, מטר מעוקב) • לחץ (בר, אטמוספירה, פסקל) • מספר חלקיקים (מול) • אנרגיה (ג'אול, קלוריה) |
| אפיון | הפיכות • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי, תהליך אנדותרמי) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני, תהליך מאולץ) • תהליך (איזוברי, איזותרמי, איזוכורי, אדיאבטי, איזנטרופי, איזואנתלפי) |
| פוטנציאלים תרמודינמיים | אנרגיה פנימית • אנתלפיה • האנרגיה החופשית של הלמהולץ • האנרגיה החופשית של גיבס |
| מצבי צבירה ומעברי פאזות | מצבי צבירה (מוצק, נוזל, גז) • מעברי פאזות (התכה, התאדות, המראה, התעבות, הקפאה) • נקודת התכה • נקודת רתיחה • נקודה משולשת • נקודה קריטית • דיאגרמת פאזות • משוואת קלאוזיוס-קלפרון • חוק הפאזות של גיבס |
| גזים | גז אידיאלי • גז ואן דר ואלס • התאוריה הקינטית של הגזים • לחץ חלקי • חוק ראול • מודל דלטון • חוק בויל-מריוט • חוק גה-ליסאק • חוק שארל• משוואת הגז האידיאלי |
| חום וטמפרטורה | האפס המוחלט • יח' מידה לטמפרטורה • שיווי משקל תרמודינמי • קיבול חום • יחס קיבולי החום • חום כמוס • חוק הס • קלורימטר • אפקט ג'ול-תומסון • הסעת חום • מוליכות חום • מעבר חום • קרינה תרמית • קשר מאייר • האינדקס האדיאבטי |
| מעגלי עבודה | מעגלים תרמודינמיים (קרנו, סטרלינג, ברייטון, אריקסון, רנקין, סטירלינג, דיזל, לנואר, אוטו, היגרוסקופי, סקודירי, סטודרד) • נצילות |
| יישומים | מכונות חום • מנועים • משאבות • משאבת חום • מחליף חום • מיזוג אוויר • מקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח |
| מונחים נוספים | תאוריית הקלוריק • תנועה בראונית • פונקציית מצב • תרמודינמיקה סטטיסטית • קשרי מקסוול • תרמוכימיה |
| דמויות בולטות | דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלאנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסגר (1903–1976) |

|  |  |
| --- | --- |
| בקרת זהויות עריכת הנתון בוויקינתונים | 
* NLI: 987007553273205171
* GND: 4188872-8
* LCCN: sh85059766
* NDL: 00568821
* NKC: ph694907

 |