Existuje tepelné záření?

Asi tak stejně, jako lidová demokracie čili lidová lidovláda. Tím chci naznačit, že záření prostě je teplo, čili transport energie realizovaný jinak než prací.

Teplo se může pravda realizovat ještě jiným mechanismem, totiž srážkami látkových částic, ve skutečnosti se odehrávají oba mechanismy současně, až na výjimky. Jednou výjimkou je vakuum, v němž látkové částice chybí a zbývají elektromagnetické vlny či fotony, jak kdo chce. Druhou výjimkou je chladná směs dusíku, dvouatomového kyslíku a argonu - ta je se světlem a zářením delších vlnových délek ochlazovat ani ohřívat neumí, je pro ně zcela propustná, pro tepelný tok tedy zbývají jen srážky jeho molekul. Tomu se říká vedení (tepla). Ve větším měřítku se může jako tepelný tok projevit promíchávání tekutiny v tíhovém poli, dané různými hustotami teplejší a chladnější látky. Tomu se říká konvekce.

Tepelný tok mezi tělesy se tedy odehrává zářením, vedením (neprobíhá-li vakuem) a promícháváním (pokud jde tekutým prostředím), čili radiací, kondukcí a konvekcí. Počítáme-li teplo dodané např. z jedné okenní tabule do druhé, můžeme je rozdělit na teplo přišlé jako záření a teplo přišlé vedením. Konvekce se přísně vzato v případě pevné přepážky neuplatní, protože těsně u ní je tekutina vždycky v klidu. O konvekci můžeme mluvit jen mezi dvěma myšlenými plochami uvnitř tekutiny.

V případě vedení tepla jde o mnoho individuálních srážek, při kterých se energie předává náhodně. Statistickým výsledkem je ovšem tok ve směru klesající teploty, s hustotou úměrnou gradientu teploty, poklesu teploty na jeden (mili)metr. Konvekcí může energie téci jen nahoru nebo ve vysokých dutinách vodorovně, opět od teplejších stěn ke chladnějším. Záření je ale jiné - září předměty chladné i teplé, záření zčásti pohlcují a zčásti odrážejí čí rozptylují pryč. Tepelný tok z jednoho tělesa na druhé je pak roven rozdílu pohlcených částí zářivých toků.

Jaké je to záření, je úplně jedno. V každém případě opět platí, že výsledný tepelný tok jde opět z teplejšího tělesa na chladnější a že pokud jsou teploty obou velmi podobné, hustota tepelného toku je úměrná rozdílu teplot těles.

Pokud je jedno z těles velmi horké, víc než než pět tisíc stupňů, většina zářivého toku se odehrává takovým zářením, které vnímáme jako světlo. To je samozřejmě případ Slunce. V jeho případě je neviditelná jen menší část tepelného toku, totiž infračervené a ultrafialové záření. U žárovky je naopak viditelná jen asi dvacetina záření, které vydává, devadesát pět procent záření spadá do infračerveného oboru (má větší vlnovou délku než 0,8 mikrometru).

Zavádějící označení ,,tepelné záření`` je omyl, který má původ asi v onom dávném pokusu se slunečním spektrem, vytvářeným skleněným hranolem. Takový hranol láme záření tím více, čím vyšší je jeho frekvence - zahnutí není úměrné frekvenci, ale její druhé mocnině. Vznikající spektrum je tak směrem ke kratším vlnovým délkám řidší. Teploměr se proto nejvíce zahřeje tam, kde je záření nejméně rozředěno, to je ještě před červeným okrajem spektra. Stejný pokus s difrakční mřížkou, u níž je odklon záření úměrný první mocnině vlnové délky, ukáže jako ,,nejvydatnější`` zelené světlo, teploměr umístěný do spektra se zahřeje nejvíce tam a ne v infračervené oblasti za (či pod = infra) viditelným spektrem.

Je ale pravda, že ve fyzice se pojem tepelné záření přesto vyskytuje. Je to takové záření, které závisí na teplotě tělesa. Dokonce se dá přesně říci, jak moc záření s teplotou přibývá: se čtvrtou mocninou teploty (to říká tzv. Stefanův-Boltzmannův zákon). Je-li těleso dvakrát teplejší, září šestnáckrát víc. Je to ale ještě trochu komplikovanější, takto by to platilo jen pro těleso, které je pro všechny vyzařované vlnové délky stejně černé nebo šedé.

Netepelné záření vydávají např. svíticí diody. Ne, že by nehřálo, je to obyčejné světlo a hřeje právě tak, jak se od něj čeká, Jde jen o to, že svícení diody nezáleží moc na tom, jak je teplá, místo toho záleží na procházejícím elektrickém proudu. Netepelně září také televizní a telefonní vysílače. Na tepelné se někdy takové záření přepočítává: jak by musela být např. dioda teplá, aby v daném intervalu vlnových délek vyzařovala v daném směru tolik záření, jak to skutečně dělá, jenom díky tomu, že by byla velmi horká. U radiových vln (tedy u elektromagnetického záření delších vlnových délek než má infračervené záření, čili přes jeden milimetr) se podobně mluví o anténní teplotě (s teplotou vodičů, z nichž je anténa zhotovena, to nemá nic společného). Název ,,radiové vlny`` je dost nešikovný: ,,zářivé vlny``. Netepelné záření je také to, které vydávají nestabilní atomová jádra, radionuklidy, tedy nuklidy, které vyzařují.

(Netepelné) záření rentgenu, synchrotronu nebo radionuklidů se nicméně měří právě podle toho, kolik tepla přinese do nějakého tělesa, jednotkou je joule na kilogram, označovaný jako gray.

Zahřívání je pak přímo účelem (netepelně) generovaných mikrovln (nejkratší obor rádiových vln) ve dnes běžných troubách - proti světlu nebo infračervenému záření mají velkou výhodu v tom, že pronikají dost hluboko do ohřívaného předmětu a prohřívají jej rovnoměrněji než horké (infračerveně zářící) stěny obyčejné trouby. Další velká výhoda je, že kovové stěny trouby jsou pro takové záření dokonalými zrcadly (lepšími než hliník pro světlo) a porcelán průhlednější než sklo pro světlo, takže se opravdu valná většina záření pohltí molekulami vody a tuků ohřívaného pokrmu.

Myslet si, že můžeme mít v místnosti vydatné denní osvětlení a přitom místnost oním světlem nezahřívat, je omyl. Je ale pravda, že zahřívání omezíme o dobrou třetinu, když do místnosti nepustíme infračervenou složku slunečního záření a případně i nejdelší vlnové délky, které už vnímáme jako sytě červené světlo. V případě žárovky, jejíž záření se na nás dostává jen z reflektoru, který infračervené záření propouští, můžeme tepelný tok na sebe snížit klidně desetkrát - žádné studené světlo to není, ale když je ho řekněme pětkrát méně než slunečního, tak taky pětkrát méně hřeje, a to už pak skoro necítíme.

Vystavíme-li tvář slunci, cítíme jeho záření (tj. hlavně světlo) velmi výrazně. Kde Slunce je, poznáme i s důkladně zavázanýma očima. Podobně můžeme na tváři cítit záření horkých kamen. Pocit je úplně stejný. Záření z kamen je stejně ,,tepelné`` jako to sluneční. Je to výhradně infračervené záření (i když hodně horká plotna může pravda i malinko svítit). Chceme-li je nějak rozlišit od infračervené složky záření slunečního, pak můžeme říci, že je to infračervené záření delších vlnových délek. Typická vlnová délka slunečního záření je půl mikrometru, těleso s absolutní teplotou dvacetkrát nižší, tři sta kelvinů místo šesti tisíc kelvinů, vyzařuje vlny dvacetkrát delší (to říká zase Wienův zákon), tedy kolem deseti mikrometrů. To se týká nás a všech nerozpálených předmětů kolem, ba i ovzduší nad námi. Rozmezí vlnových délek našeho vlastního záření je ale velké, abychom jej zahrnuli 95  %, musíme vzít záření od 4 do 40 mikrometrů. Horká kamna mohou mít Celsiovu teplotu třeba třista stupňů (absolutní šest set kelvinů) a vyzařují nejvíce tak na pěti mikrometrech (od 2 do 20 mikrometrů). Slunce má teplotu ještě desetkrát vyšší a tak obor, ve kterém vydává 95  % svého zářivého toku, sahá proto od 0,2 do 2 mikrometrů.

To správné sousloví, kterým vyjádříme, čím nás kamna hřejí, je tedy infračervené záření. Když chceme naznačit, že jeho vlnové délky jsou větší než dva mikrometry, můžeme přidat ,,dlouhovlnné``, tedy: Teplé předměty kolem nás nás hřejí dlouhovlnným infračerveným zářením. Takovým zářením se také ochlazujeme, hlavně pokud spíme ,,pod širákem``.

Pro upřesnění: teplo je fyzikální veličina, označující úhrn tepelného toku (udávaného ve wattech) za nějakou dobu, měří se v joulech. Záření veličinou není, jen volným označením děje nebo jeho výsledku, tedy např. veličiny zvané zářivý tok (ta se měří ve wattech) nebo jejího úhrnu za danou dobu, tedy tepla.

V zásadě může jít i o záření akustické, které je vázané na látkové prostředí - skutečně se někdy používá např. ultrazvuku i pro ohřívání. Řekneme-li ale zkráceně infrazáření, máme jistě na mysli infračervené záření (elektromagnetické) a ne infrazvuk. V plazmatu (např. tom slunečním) existují i druhy záření, kde se elektromagnetické vlny kombinují s akustickými.