“Dirdai berezia daukazu gaur”
Dir-dir egitearen jatorriak bi izan daitezke: argia igortzea edo argia islatzea. Azter ditzagun begi-bistaz ikusten ditugun kandela baten sugarraren dirdira eta diamante batena. Piztuta dagoen kandela bat sartuz gero ilun dagoen gela batean, haren sugarrak dir-dir egiten du, hau da, sugarrak argia igortzen du. Gela berean, ilunpetan, diamante bat sartuz gero, ordea, ez du dirdairik, ez da ikusten, ez du argirik igortzen. Beraz, diamantea dir-dir egiten ikusten dugunean, hark islatzen duen argia baino ez dugu ikusten.
Argia bera uhina da, uhin elektromagnetikoa, alegia. Uhin-luzeraren arabera, zenbait motatako uhin elektromagnetikoak daude: irrati-uhinak, mikrouhinak, infragorriak, argi ikusgaia, ultramoreak, X izpiak eta γ izpiak. 1800. urtera arte uste izan zen Eguzkiak argi ikusgaia baino ez zuela igortzen. Orduan, F. W. Herschel zientzialari eta astronomoak merkuriozko termometro arrunt batekin aztertu zuen Eguzkitik datorren argia, eta izpi infragorriak aurkitu zituen: prisma baten bidez, argia koloretan banatu eta kolore bakoitzaren tenperatura aztertu zuen. Herschel harrituta gelditu zen ikustean termometroko tenperaturak gora egiten zuela izpi gorrien azpian, kolorerik gabeko gunean. Izpi horiei izpi infragorri deitu zien. Izan ere, izpi infragorriak, argi ikusgaia eta izpi ultramoreak igortzen ditu Eguzkiak.
Giza begia argi ikusgaiarekiko baino ez da sentikorra, hots, espektro elektromagnetikoaren oso zati txiki batekiko. Hortaz, zehazki, aurreko adibideko diamanteak ez du argi ikusgairik igortzen iluntasunean. Baina beste motaren bateko argirik igortzen al du?
Gorputz orok igortzen ditu uhin elektromagnetiko sortak. Izan ere, diamanteak izpi elektromagnetikoak igortzen ditu gela ilun horretan (baina ez argi ikusgaia). Hollywoodeko izarrek, maiteminduen begiek eta beste edonork ere bai. Gorputzek igortzen duten argiaren intentsitatea gorputz horren tenperaturaren araberakoa da. Orokorrean, zenbat eta tenperatura handiagoa izan, orduan eta uhin-luzera txikiagoko uhinak igortzen dituzte gauzek. Giro-tenperaturan dauden gorputzek espektroaren zati infragorriko uhinak igortzen dituzte, eta, beraz, giza begiak ezin du argi hori zuzenean ikusi. Bestalde, gorputzak berotuz gero, zenbaitetan, gori-gori jartzen dira, igortzen duten erradiazioa ikusgai bihurtzen baita. Tenperaturarekin duen erlazioa dela eta erradiazio-mota horri erradiazio termiko deritzo. Gizakiak propietate hori erabili izan du, oinarri fisikoak ezagutu gabe, hainbat aplikaziotarako. Adibidez, beira lantzen duten artisauek beira berotzen dute, eta hark igortzen duen argiaren intentsitatearen eta kolorearen arabera badakite beira landua izateko tenperatura egokian dagoen edo ez. Gauza bera esan genezake errementariei buruz. Animalien artean, badira izpi infragorriekiko sentikor diren sugeak, eta, horri esker, argi gutxiko, edo argirik gabeko, uneetan harrapakinak detektatzeko ahalmena dute. Giza begia argi infragorriarekiko sentikorra balitz, ezagutzen dugun iluntasunean ikusiko genuke.
Bada gorputz-mota berezi bat: gorputz beltza. Objektu teoriko edo ideala da, eta ezaugarri hauek ditu: absorbatzaile perfektua da; barrura pasatzen uzten dio gainazalari erasotzen dion erradiazio guztiari, hau da, ez du ezer islatzen; eta, gainera, bolumenera pasatzen den erradiazio osoa xurgatu egiten du. Hala, ez du ezer transmititzen. Gainera, termodinamikaren bidez froga daiteke energia-xurgatzaile perfektua igorle perfektua ere badela. Tenperatura berean dagoen beste edozein gorputzek baino erradiazio gehiago igortzen du gorputz beltzak. Objektu teorikoa izanik, hainbat hurbilketa erreal egin daitezke, barrunbe isolatu bat erabiliz, adibidez. Ganbera isolatu bateko zulo txiki batetik datorren erradiazioa aztertzen da. Zulo horretatik sartzen den erradiazioa bertan gelditzen da, sistemak xurgatu egiten du, eta igortzen den argia barrunbearen tenperaturaren araberakoa da. Badago beste objektu berezi bat gorputz beltz gisa har daitekeena: gizakion azala. Azalak, zeina 33 °C-an baitago, izpi infragorriak igortzen ditu gehienbat, eta, gainera, tenperatura horretan dagoen beste ia-ia edozein gorputzek baino 5-20 μm-ko uhin-luzerako erradiazio gehiago igortzen du; hau da, uhin-luzera tarte horretan, ia-ia igorle perfektua da. Hori dela eta, gauez edo ilunetan ikusteko erabiltzen diren izpi infragorrien kameretan dirdira-intentsitate handienak pertsonek igortzen dituztenak dira, eta, horrela, horiek ongi identifika daitezke.
Gorputz beltzak igortzen duen erradiazioaren intentsitate maximoa eta haren tenperatura erlazionaturik daude. Hortaz baliatuz, gorputz beltzak igortzen duen erradiazioa detektatuz gero, gorputzaren tenperatura kalkula daiteke zuzenean. Propietate hori erabiltzen da izarren tenperatura edo pertsonen tenperatura determinatzeko ukitu beharrik izan gabe, adibidez. Baina, gorputz beltzak ez diren gorputzen tenperatura zein den jakin daiteke horiek igortzen duten erradiazioa aztertuz? Bai, ikus dezagun nola.
Erradiometria teknikaren bidez aztertzen da gorputzek igortzen duten eta uhin elektromagnetikoen bidez hedatzen den energia. Laborategian neurketak egitean, komeni zaigun tenperaturan jartzen da aztertu nahi dugun gorputza, eta igortzen duen erradiazioa jasotzen da. Egoera berean dagoen gorputz beltzak igortzen duen uhin elektromagnetiko sorta ere jasotzen da, eta erreferentziatzat erabiltzen da. Horrela, gorputzek tenperatura jakin batean duten emisibitatea, ε, kalkulatzen da. Behin tenperatura ezberdinetan gorputzaren emisibitatea zein den jakinda, gorputzaren erradiazioaren eta tenperaturaren arteko erlazioa zuzena da, eta, horrela, baldintza orotan gorputzak igortzen duen erradiazioa aztertuz, berehala jakin daiteke zein tenperaturatan dagoen. Oso baliagarria da hori, adibidez, ezin dugunean material baten tenperatura neurtu ukipen-termometro bat erabiliz. Esate baterako, ebakitze-makinetan oso garrantzitsuak dira materialaren higadura, marruskadura eta bero espezifikoa, besteak beste, eta magnitude horiek tenperaturaren menpeko dira. Zoritxarrez, makina lanean ari denean, tenperatura ezin da ukipenez neurtu, eta, hori dela eta, materialak igortzen duen erradiazioa eta haren emisibitatea aztertuz, materialak une oro zer tenperatura erreal duen jakin daiteke. Horixe da azken urteotan gorputzen tenperatura aztertzeko garatu den teknika: pirometria.
Bestalde, emisibitatearen neurketa oso garrantzitsua da beste hainbat aplikazio zientifikotarako eta teknologikotarako ere: bero-transferentziak txikitzeko edo handitzeko, gorputzak detektatzeko edo ez detektatzeko, eta energia gordetzeko, adibidez.
Beroa hiru modutan heda daiteke: eroapenez, konbekzioz eta erradiazioz. Elkar ukitzen duten gorputzen arteko bero-transferentziari deritzo eroapena. Bi gorputzek elkar ukitzen ez dutenean, konbekzioz gerta daiteke bero-transferentzia, baldin eta bi gorputzen artean fluido bat badago, bero-eroalea bera. Beroa hedatzeko inolako eroalerik ez dagoenean, hau da, hutsean, erradiazioa da bero-transferentzia gertatzeko modu bakarra. Lehenengo bi moduak ez direnean nagusi, ondo ezagutu behar da gorputzaren emisibitatea zein den, bero-transferentziak zein diren jakiteko. Horren adibide dira hutsean lan egiten duten labeak edo eraikuntzan isolatzeko erabiltzen diren materialak.
Giro-tenperatura eta 2.000 °C bitartean dauden gorputzek gehienbat izpi infragorriak igortzen dituzte. Hori dela eta, sentsore termikoen bidez, izpi infragorrien sentsoreen bidez, detekta daitezke. Ondorioz, gorputz horiek detektatzerik nahi ez badira, emisibitate txikiko materialez eraiki edo estali behar dira. Hainbat hegazkinetako motorren toberetan, adibidez, emisibitate txikiko materialak erabiltzen dira, sentsore infragorriek hegazkinak detekta ez ditzaten.
Kontrakoa ere gertatzen da, hau da, emisibitate handiko materialak erabili nahi izatea. Hori da berogailuen kasua, tenperatura jakin batean erradiazio termiko maximoa igortzea nahi izaten baita.
Badira material selektiboak, hau da, espektroaren zati bateko erradiazioa igortzen dutenak eta beste zati bateko erradiazioa ez. Oso interesgarriak dira halakoak, eguzki-paneletan erabiltzeko. Eguzkitik datorren erradiazioaren bidez energia elektrikoa lortzeko erabiltzen dira eguzki-panelak. Erradiazio hori gehienbat espektroaren argi ikusgaiari dagokio, eta, beraz, panelek erradiazio hori xurgatu behar dute. Hori dela eta, emisibitate handia izan behar dute uhin-luzera berezi horietarako. Bestalde, energia hori pilatu egin behar dute panelek, ahalik eta denbora gehien, eta, ondorioz, erradiazio termiko oso gutxi igorri behar dute: emisibitate oso txikia izan behar dute izpi infragorrietarako.
Hori guztia ikusi ondoren esan dezakegu denak egiten duela dir-dir, denok egiten dugula dir-dir. Kontua da giza begiak ezin duela erradiazioaren espektro osoa ikusi, eta, hori dela eta, ez gara fenomeno horretaz ohartzen. Izan ere, hainbat aplikazio teknologikotarako funtsezkoa da gorputzek igortzen duten erradiazioa nolakoa den bereiztea.
Bestalde, gizakiaren azalak ia-ia gorputz beltzaren ezaugarriak ditu, igortzen duen erradiazioaren 5-20 μm-ko uhin-luzerako tartean. Tarte horretan guztiok (ia-ia) ezerk baino gehiago distiratzen dugu, izarrek baino gehiago, diamanteak baino gehiago... Baina denok berdin. Hollywooden ez dute gehiago distiratzen. Izan ere, badago emisibitatea handitzen duen faktore bat, zimurtasuna. Material zimurrek leunek baino erradiazio gehiago igortzen dute. Beraz, adinak aurrera egin ahala, eta azala zimurtzen den heinean, itzaliz joan beharrean piztuz goaz, argiagoak gara benetan.
Idatzi zuk zeuk Gai librean atalean
Gai librean aritzeko, bidali zure artikulua aldizkaria@elhuyar.eus helbidera
Hauek dira Gai librean atalean Idazteko arauak
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
