72773 strona (43)

Ponieważ prędkość promieniowania jest stała i wynosi v= 3 .10⁸ m/s, to długość fali U) jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości (f) i ich iloczyn U • t) musi mieć wartość 300 tys. km/s (3 .10⁸ m/s). Prędkość promieniowania, czyli prędkość światła, bywa oznaczana symbolem c.

Wielkość energii w kwancie określa wzór Plancka, według którego energia kwantu E jest wprost proporcjonalna do częstotliwości drgań lub (wobec stałej szybkości światła) odwrotnie proporcjonalna do długości fali. We wzorze tym wielkość h jest to stała Plancka, której wartość wynosi 6,6 »10'³⁴ J .s.

E=h.f    (1)

Z energią związana jest masa, zgodnie z równaniem Einsteina:

E = m • c²,    zatem:    (2)

h . f

h ,f = m • c², a:    m --

Zgodnie z tym ostatnim równaniem pem byłoby strumieniem cząsteczek o masie m i energii E = h • f, przenoszących się z szybkością światła lub z szybkością bliską tej maksymalnej szybkości, co oznacza, że masa cząsteczek pem jest równa lub bliska zeru, gdyż każda masa poruszająca się z szybkością światła musiałaby być nieskończenie wielka.

Na ryc. 2.1 przedstawiono graficznie zależności opisywanych trzech cech charakteryzujących pem, tj. wielkości kwantów, długości fali i częstotliwości drgań. Na skali pionowej są oznaczone odcinki odpowiadające wartościom tych cech. Skala ta odpowiada całemu widmu pem, które jest nazywane także łacińskim słowem spectrum. Blisko centralnej części widma znajduje się pem, odbierane przez oko ludzi i zwierząt jako światło. Zacieniowany pionowy pas po lewej stronie ryciny przedstawia schematycznie przenikalność atmosfery ziemskiej z „oknami" dla niektórych zakresów pem.

Przepuszczalność atmosfery dla pem odpowiada mniej więcej 30 cm warstwie ołowiu, jedynie dla promieniowania widzialnego i zakresów sąsiednich atmosfera jest prawie zupełnie przepuszczalna. Ta ograniczona przepuszczalność atmosfery nazywa się „optycznym oknem atmosferycznym" (ryc. 2.1). Drugie „okno atmosferyczne" przepuszcza ultrakrótkie oraz częściowo krótkie i średnie fale radiowe.

Słońce jest głównym i najobfitszym źródłem pem, które dociera do biosfery przez pierwsze okno atmosferyczne. Promienie Słońca przenoszą zawsze tę samą ilość energii, a zatem ma ono stałą moc. Wielkość ta nazwana została stałą słoneczną, jest to energia przypadająca na 1 cm² (prostopadły do promieni słonecznych) górnej powierzchni atmosfery ziemskiej w czasie 1 minuty. Wynosi ona około 8,1 J. Moc promieniowania Słońca wynosi zatem około 0,13 W/cm² (135 mW/cm²). Energia ta zanim dojdzie do powierzchni Ziemi, w znacznej części ulega w atmosferze odbiciu i absorpcji. W naszej szerokości geograficznej, przy czystym niebie, w południe, dochodzi do Ziemi do 5 J/cm²min z mocą do 0,08 W/cm². Im wyżej i bardziej na południe, tym wartości te są większe. Przy pochmurnym niebie i zanieczyszczonym powietrzu mogą zbliżać się do zera.

43