Защо инфрачервените лъчи нагряват, а радиовълните – не

Най-голям принос за преноса на топлина от Слънцето към Земята има инфрачервеното лъчение
(снимка: CC0 Public Domain)

Инфрачервените лъчи се считат за топлоносители. Известно е, че Слънцето загрява нашата планета най-вече с инфрачервено лъчение. Но защо тогава други видове електромагнитни вълни не носят топлинна енергия? Или все пак носят, но в много малки количества?

Инфрачервената радиация попада в диапазона на дължина на вълната от 780 нм до 1 мм. Той е невидим за човешкото око, но можем да усетим топлинната енергия, носена от него. Въпреки това лъчението от някои други дължини на вълните не загрява обектите или поне ние не го усещаме. Защо се случва това?

Решаващата роля тук играят дължината на вълната и свойствата на атомите да абсорбират радиацията, с която взаимодействат. Нашето Слънце излъчва вълни във всички области на електромагнитния спектър – от гама до радио и микровълни. Най-късата дължина на вълната и съответно най-високата честота е в гама лъчите. Честотата на излъчване е право пропорционална на енергията, носена от вълната, поради което гама-лъчението се счита за най-високоенергийно.

При сблъсък с атоми вълната може да бъде погълната от електроните в техните орбитали. В резултат на това енергията на атома се повишава и той започва да вибрира или да се движи по-бързо. Както знаем, температурата на дадено вещество се определя от скоростта на движение на атомите или молекулите вътре в него; следователно, при взаимодействие с вещество, високоенергийното лъчение го загрява много силно.

Но инфрачервеното лъчение не може да се похвали с къса дължина на вълната и следователно с висока енергия. Защо тогава именно това допринася най-много за нагряването на Земята от слънчевите лъчи? Работата е там, че високоенергийното лъчение с малка дължина на вълната има и недостатък – то взаимодейства по-често с атомите и се абсорбира по-лесно от тях отколкото вълните с по-голяма дължина.

Озоновият слой на нашата планета ни спасява именно от такива високоенергийни лъчи, които биха могли, при липса на защита, да затрият целия живот от повърхността на Земята. Следователно, най-големият принос за преноса на топлина от Слънцето към Земята има инфрачервеното лъчение, което доста добре преминава през „защитата”.

По-дългите вълни са слабо поглъщани от атомите на материалите, така че по-голямата част от тази радиация ще премине през обекта, без да го нагрява. Освен това енергията на такива лъчи е много по-ниска от тази на инфрачервените.