v. (-en), (ook: radiatie),
1. het uitzenden van deeltjes of golven;
2. de uitgezonden deeltjes of golven (e).
(e) Straling is een vorm van energietransport. Wanneer in een middenstof een voortlopende trilling zich voortplant, gaat dit gepaard met overbrenging van energie. Dit doet zich b.v. voor bij de uitstraling van licht of warmte, bij de voortplanting van geluid. De voortplanting van ➝elektromagnetische golven, in welk medium dan ook, geschiedt volgens het principe van Huygens. Bij overgang van de ene middenstof naar een andere treden ➝breking en ➝reflectie op. De breking hangt samen met het verschil in voortplantingssnelheid in de diverse media.
Als een elektromagnetische golf een wand treft, wordt op die wand een druk (➝stralingsdruk) uitgeoefend. In geval van een continue stralingsbron (zender) spreekt men in dit verband van de energiestroom per cm2, ook wel Poynting-vector genoemd. Als stralingsbronnen onderscheidt men o.a. dipoolstralers en quadrupoolstralers. Dit geldt zowel voor de uitzending van lange golven (b.v. radiogolven), als van lichtgolven en gammastralen. Geluidsgolven kunnen eveneens door alle media energie transporteren. Ook in geval van beschieting met snelle deeltjes (elektronen, protonen en alfa-deeltjes) spreekt men wel van straling.
Stralingswetten. Wordt een lichaam op een hoge temperatuur gebracht, dan zendt het o.a. warmtestralen uit. De energie van deze stralen, die in alle mogelijke golflengten worden uitgezonden, hangt af van de temperatuur van het stralende lichaam en van de aard van dit lichaam. Een eerste algemene, op deze zgn. warmtestraling betrekking hebbende wet is de wet van Kirchhoff, die zegt dat voor verschillende lichamen de verhouding van het uitstralingsvermogen tot het absorptievermogen constant is. Van veel belang voor de stralingswetten zijn de absoluut zwarte lichamen, dat zijn lichamen, die alle opvallende stralen volledig absorberen (strikt genomen bestaan deze niet, maar men kan vele werkelijke lichamen met voldoende benadering als zodanig beschouwen; normaal onbewerkt ijzer absorbeert ca. 70 % van de opgestraalde energie, beroeting verhoogt dit tot ca. 90 %). Bij zulke lichamen is de energie der uitgezonden straling niet afhankelijk van de aard van het stralende lichaam, maar alleen van de temperatuur.
Het algemeen probleem is langs theoretische weg het verband te vinden tussen de energie van de straling, de absolute temperatuur (T) van het lichaam, waarmee de straling in evenwicht is, en de golflengte (λ) van de straling. De wet van Stefan Boltzmann zegt dat de totale uitgestraalde energie (dus gesommeerd voor alle golflengten) evenredig is met T4. Een tweede wet is de zgn. verschuivingswet van Wien. Bij elke T is er één bepaalde λ waarvoor de stralingsenergie groter is dan voor elke andere λ. Uit de wet van Wien volgt dat het produkt van deze zgn. maximale λ met T constant is: hoe hoger T van het stralende lichaam, des te kleiner is de maximale λ.
De belangrijkste wet is de stralingswet van Planck: stralingsintensiteit =
2 hc2/λ5 . 1/exp(hc/kTλ)-1, waarbij h = de constante van Planck, c = de lichtsnelheid, k = de constante van Boltzmann en de operator exp (x) staat voor ex. De afleiding die Planck van deze wet gaf, was tevens de eerste stap naar de quantumtheorie. Is de golflengte λ zeer klein, dan is (hc/kλT) groot; men mag dan de term —1 verwaarlozen en de wet van Planck gaat over in: stralingsintensiteit = 2hc2/λ5 . exp (-hc/KλT).
Hieruit volgt de stralingswet van Wien (reeds vóór de wet van Planck gevonden), die thans moet worden beschouwd als een benadering, die alleen geldt bij kleine λ. Is de λ groot, dan geldt een andere benaderende formule. Men kan dan voor de stralingsintensiteit nemen: ckT/λ4. Dit is de eveneens reeds vroeger gevonden stralingswet van Rayleigh-Jeans en is alleen geldig voor grote golflengten.
STRALING IN DE DAMPKRING. Alle straling, met uitzondering van die uitgezonden door planeten en verder verwijderde hemellichamen, die zich door de atmosfeer voortplant, is afkomstig van de zon. De zonnestraling buiten de aardse dampkring heet extraterrestrische zonnestraling. Het spectrum hiervan reikt van 0,22 μm tot 12 μm, waarbij het energiemaximum bij een golflengte van 0,48 μm ligt (in het violette deel van het zichtbare spectrum); van de totale energie is 5 % ultraviolet, 52 % zichtbare en 43 % infrarode straling. In de hogere lagen van de dampkring wordt het grootste deel van de ultraviolette straling geabsorbeerd. De energie van de zonnestraling aan de periferie van de dampkring wordt aangeduid met de zonneconstante; deze bedraagt gemiddeld 1360 W/m2 ofwel 1,95 calorieën/cm2/min.
Door de absorptie van ultraviolet licht in de hoge atmosfeer verdwijnt ca. 2 % van de totale straling. Bij onbewolkte hemel wordt vervolgens gemiddeld 20 % van de oorspronkelijke zonnestraling in de troposfeer geabsorbeerd en eveneens 20 % wordt verstrooid. Van deze laatste post verdwijnt echter slechts de helft naar de wereldruimte, de andere helft komt toch nog naar de aarde als diffuse straling of ➝hemelstraling. Bij onbewolkte hemel bereikt dus 68 % de aarde, die hiervan gemiddeld weer 10 % uitstraalt, zodat uiteindelijk ruim 60 % door de bodem wordt opgenomen. De som van hemelstraling en de zonnestraling heet globale straling.
Bij geheel bewolkte hemel bereikt slechts 28 % van de oorspronkelijke zonnestraling het aardoppervlak. De aarde zelf straalt van de ontvangen energie weer een gedeelte uit in de vorm van warmtestraling. Deze is evenredig met de vierde macht van de temperatuur van het aardoppervlak. Zij bestaat m.n. uit langgolvige straling (4-80 μm). Van deze terrestrische straling wordt het grootste deel in de onderste lagen van de dampkring geabsorbeerd door waterdamp en koolzuur. Slechts het gedeelte met golflengte van 8,5-11 μm wordt bijna volledig doorgelaten.
De door zonnestraling en terrestrische straling verwarmde dampkring straalt langgolvige straling naar de aarde terug: tegenstraling van de dampkring. Zij is sterk afhankelijk van de hoeveelheid waterdamp in de lucht. Door de tegenstraling ontvangt het aardoppervlak weer een gedeelte van de uitgezonden straling terug. Het verschil tussen de oorspronkelijke uitstraling en de tegenstraling heet de effectieve uitstraling. De balans tussen inen uitstraling wordt de stralingsbalans genoemd.
