O firmie

Trochę historii i teorii

Wynalezienie kamery termowizyjnej spowodowało rewolucję w dziedzinie pomiaru temperatury. Wydarzenie to dało możliwości, które nie były osiągalne żadnymi dotychczas stosowanymi metodami pomiaru.

Działanie kamery termowizyjnej polega na odbiorze promieniowania elektromagnetycznego w zakresie stosunkowo niskich energii tego promieniowania.

A zatem co to jest promieniowanie elektromagnetyczne? Na początek trzeba zmienić punkt widzenia i spojrzeć na otoczenie inaczej niż je widział Izaak Newton i jak widzą je autorzy programów szkolnych. Newton opisał świat jako wzajemne oddziaływanie materialnych obiektów opisywane przez takie cechy jak masa, rozmiar, kształt. Promieniowanie elektromagnetyczne jest zaburzeniem przestrzeni, w której te obiekty się znajdują. Zaburzenie to, jak każde zjawisko ma swoje cechy, są one jednak w większości niewidoczne i niemierzalne dla ludzkich zmysłów. Ta niewidzialna przestrzeń została odkryta stosunkowo niedawno, bo w roku 1887 za sprawą Heinricha R. Hertza. Odkrycie to spowodowało burzliwy rozwój nowych kierunków nauk ścisłych oraz rozwiązań technicznych, bez których nie wyobrażamy sobie życia codziennego, np. radio. Pierwsza transmisja na odległość 10 m odbyła się w 1894 r. i dokonał tego Guglielmo Marconi. Potem był radiotelefon, telewizja i na koniec telefon komórkowy. Możemy rozmawiać i widzieć się na odległość i z każdego miejsca dlatego, że człowiek potrafi świadomie i celowo zmieniać i przesyłać promieniowanie elektromagnetyczne na odległość, a następnie przekształcić je w dźwięk i obraz.

To była odrobina historii, a teraz pora na szczyptę teorii dla każdego.
Na rysunku poniżej przedstawione zostało widmo promieniowania elektromagnetycznego, w którym żyjemy oraz jego umowny podział. Widmo to przedział, od bardzo małych długości fal (po lewej stronie rysunku) do bardzo dużych (po prawej stronie). Przedział ten obejmuje fale o długości od nm (nanometrów), czyli 10-9 m, czyli jeszcze inaczej od 0,000 000 000 1 m do setek kilometrów.

Jak widać natura przystosowała nasze oko do postrzegania bardzo wąskiego przedziału fal od około 380 nm do 780 nm. Dzięki temu jednak możemy, bezpiecznie funkcjonować w naszym środowisku. Zawdzięczamy to urządzeniu w jakie wyposażone zostało ludzkie oko – czyli siatkówce. To za pomocą siatkówki jesteśmy w stanie odbierać zaburzenia promieniowania elektromagnetycznego jakim są zachody słońca, zorze polarne, a także rozróżniać sygnalizację świetlną na skrzyżowaniu. To dzięki siatkówce widzimy jedną z właściwości pola elektromagnetycznego – kolory.

Rozwój technologii spowodował, że kamera termowizyjna, potrafi pokazać temperaturowy obraz obiektu z taką samą dokładnością jak zdjęcie cyfrowe pokazuje to co widzi nasze oko. Ktoś powie, że przecież jesteśmy w stanie zmierzyć temperaturę płomienia świecy wkładając w płomień termometr, tak to jest możliwe. Tak samo, jak możliwe jest wykonanie zdjęcia cyfrowego (nie wnikając w szczegóły) mrówki z rozdzielczością 5 mm. Niewykluczone, że będzie można stwierdzić, że jest to mrówka ale szczegółów nie zobaczymy.

Aby zobaczyć inne zakresy widma promieniowania elektromagnetycznego człowiek skonstruował urządzenia przetwarzające fale elektromagnetyczne podobnie jak przetwarza je siatkówka naszego oka. Urządzenia te znacznie poszerzają możliwości poznawcze człowieka zarówno w skali mikro jak i makroświata.

Ograniczmy się jednak tylko do fal o długości od około 0,5 m do 1 mm. Promieniowanie o takiej długości fali wykryte zostało przypadkowo w 1800 r. przez angielskiego astronoma Wiliama Herschela i na długie lata zapomniane. Tak naprawdę odkryta została jego własność, a mianowicie związek promieniowania elektromagnetycznego z temperaturą. Odkrycie zapomniano, bo nie potrafiono go wytłumaczyć, nie znano bowiem wtedy jeszcze pojęcia fali elektromagnetycznej. Nie wiedziano, że widoczny płomień świecy i odczuwalne wokół niego ciepło to przekaz energii za pomocą fal elektromagnetycznych, nie wiedziano również, że część tej energii przekazywana jest przez fale elektromagnetyczne niewidocznych dla ludzkiego oko. Nieustający rozwój nauk przyrodniczych spowodował, że człowiek odkrył związek między stanem materii, a emitowanym przez nią promieniowaniem elektromagnetycznym. Właśnie to odkrycie legło u podstaw skonstruowania urządzenia do pomiaru promieniowania elektromagnetycznego i popularnie rzecz ujmując wyrażania go w jednostkach temperatury np. stopniach Celsjusza.

Wracając do świecy, nietrudno zauważyć, że płomień świecy jest doskonale widoczny, widoczny jest także rozżarzony węgiel, sztaba żelaza nagrzana w palenisku, oraz surówka w piecu hutniczym. Jeśli ktoś widział te rzeczy na pewno zauważył, że różniły się one między sobą kolorami, a właściwie kolorem światła jakie emitowały. Jest to bardzo istotna obserwacja, bowiem ludzkie oko „widzi temperaturę”. Barwy tych przedmiotów świadczą o wartości emitowanego promieniowania elektromagnetycznego, co w sposób bezpośredni przekłada się na temperaturę. Jeżeli temperatura przedmiotu osiągnie wartość 525 C wtedy przedmiot emituje promieniowanie elektromagnetyczne w dolnym przedziale pasma widzialnego i taki przedmiot widoczny jest w kolorze ciemno bordowym. Wraz ze wzrostem temperatury kolor obserwowanego obiektu nabiera barwy czerwonej, następnie pomarańczowej, żółtej, białej. Dlatego też kolor płomienia świecy widzimy jako pomarańczowy, gdyż najwyższa temperatura może wynosić około 800C. Słońce ma temperaturę około 6.000C i dlatego widzialne światło słoneczne postrzegane jest jako białe. W tym miejscu należy wyraźnie zaznaczyć, że barwy o których była wyżej mowa dotyczyły wyłącznie źródeł, które je emitowały i odbierane były przez jedyny w swoim rodzaju odbiornik – siatkówkę oka. Zjawiska tego nie należy mylić z barwami jakie obserwujemy (w zakresie fal widzialnych) np. kolory samochodów, kwiatów. Postrzeganie tych barw, także fal elektromagnetycznych, to całkiem inna bajka, a zjawiska te opisują inne prawa fizyki.
Jest jeszcze jedna bardzo istotna kwestia do wyjaśnienia, a mianowicie przedstawianie otrzymanego obrazu temperaturowego obiektu za pomocą fotografii lub obrazu na monitorze. Barwy jakie są używane do przedstawiania rozkładu temperatur są kwestią umowną i nie mają związku z temperaturą (energią) przedmiotu i jego barwą rozpoznawalną w widmie promieniowania widzialnego. To przyporządkowanie służy tylko i wyłącznie do wizualizacji rozkładu temperatur. Każda fotografia, czy obraz na monitorze powinien być skorelowany ze skalą temperatur, która przypisuje barwy określonym temperaturom (patrz: Fotografia płomienia świecy).