“Der er netop nu ekstra lang ventetid på Pladderballe skadestue, idet der er sket det uheldige at adskillige børn her i adventstiden har fået julelys i øjnene…” — som Monrad og Rislund på karakteristisk vis oplyste om i en af deres mange radioaviser.

Selvom det naturligvis er dybt politisk ukorrekt og energimæssigt ineffektivt at oplyse sit domicil med fossile brændsler i form af stearinlys (der for det meste i virkeligheden er paraffin, men det er et stykke kemisk coitus dipterae), så varmer og hygger det jo alt sammen, men hvorfor har stearinlys sådan en dejlig varm glød? Jo det har noget at gøre med glødende kul…

Ser man på en typisk stearinlysflamme, så er den lyssvag i midten og kraftigt lysende i kanten, og det skyldes primært flammedynamiske og fluidmekaniske effekter — at der ikke kan nå at komme helt så meget ilt fra luften ind i midten, hvorfor denne zone bliver let reducerende og brændstoffet (fordampet stearin/paraffin) ikke reagerer fuldstændigt med ilt. Dette skaber en masse fine sodpartikler, der derefter reagerer kraftigt, når de kommer ud i den friske luft lidt længere fra vægen, og så ser vi den karakteristiske gule flammefarve. Men hvorfor brænder både tændstikker, stearinlys og de fleste andre organiske stoffer med den samme gule farve?

Dette skyldes at det vi ser som en homogen flamme i virkeligheden er en sky af glødende kulpartikler, og hvis man gerne vil vide hvor varmt der i virkeligheden er inde i sådan en stearinlysflamme, men ikke lige har et termometer i industristørrelse, så er der heldigvis nogle kloge mennesker der har regnet på det for os.

Det viser sig nemlig at man kan beregne hvilken intensitet og frekvens af elektromagnetisk stråling der udsendes fra et sort legeme1 som funktion af dets temperatur — eller på almindeligt dansk: Hvor varmt noget skal være for at være rødglødende.2

Dengang jeg stadig havde fysik gik det under navnet “Wiens forskydningslov” og Tante Wiki har lige genopfrisket min hukommelse og fortalt mig at den siger at \[\lambda_{max}=\frac{2.9\cdot 10^{-3}m \cdot K}{T}\] Altså at den mest intense bølgelængde der udsendes af et varmt sort legeme er omvendt proportional med temperaturen i kelvin. Dette giver jo god mening — jo varmere noget bliver, desto mere bevæger det sig op af spektret fra infrarød over rød og gul, indtil det bliver hvidligt.

Man kan måske undre sig over at det ikke bliver grønt, blåt og violet i stedet for bare hvidt, men det skyldes at samtidig med at bølgelængden med maksimal intensitet flytter sig nedaf i bølgelængde mod den blå ende kommer der gradvist også mere af alle de andre bølgelængder, idet den totale intensitet stiger med temperaturen i fjerde potens3, hvilket kaldes “Stefan-Boltzmanns lov” indtil vi ser så blandet et spektrum at det fremstår som hvidt lys.

Ovenstående er i øvrigt også årsagen til at man taler om at en lampe kan have en “farvetemperatur” — altså hvilken temperatur et sort legeme skal have for at udsende lys svarende til lampen man taler om.

Nå, men det var udenomssnak — hvad var det nu med stearinlys? Vi ville gerne vide hvor varme de var, og kan se på dem at de udsender gult lys, hvilket vel vil sige at det har en bølgelængde på cirka 580nm. Lidt fingergymnastik på formlen ovenfor giver os så at   \[T=\frac{2.9\cdot 10^{-3}m \cdot K}{\lambda_{max}}=\frac{2.9\cdot 10^{-3}m \cdot K}{580\cdot 10^{-9}m}=5000K\]

Øhhh…. hvad?

Jeg skal gerne indrømme ikke at være nogen stor kapacitet på området stearinlys, men at de skulle være næsten lige så varme som solen, det tror jeg alligevel ikke på… Hvad sker der her?

Jo, det skyldes såmænd førnævnte effekt — at et varmt sort legeme ikke kun udsender stråling med én bestemt bølgelængde, men at det er en såkaldt kontinuumskilde — den udsender en masse forskellige bølgelængder samtidig, og Wiens forskydningslov fortæller os kun hvor toppen af spektret ligger.

Hvis jeg skal slippe godt fra dette uden at skulle ud i en hel masse grim (men spændende) fysik, matematik og simulering, så kan jeg heldigvis hugge denne her fra Tante Wiki:

Her kan man se at selv når temperaturen er ret lav, så har fordelingen af udsendt stråling stadig en “hale” ind i det rød/gule område, selvom langt størstedelen af strålingen udsendes i det infrarøde område.

Faktisk er selv de ret ydmyge ca. 1000K som en stearinlysflamme er i virkeligheden nok til at lyse gult med et rødligt skær, simpelthen fordi det er den eneste del af den udsendte energi som vi kan se med øjnene. Resten kan vi mærke som infrarød stråling (varme).

Her har vi jo så også forklaringen på at stearinlys er ret ineffektive som lyskilde i forhold til den afbrændte mængde energi — til gengæld varmer de godt, og det er jo rart her i den kolde tid.

\Worm — lysnisse

  1. En af disse fysiske abstraktioner, på linie med kugleformede, friktionsfrie elefanter i vakuum, men når det kommer til små sodpartikler så er “sort legeme” jo nok i virkeligheden en okay beskrivelse… ↩

  2. Ca 650 grader celcius plus/minus en træsko, hvis jeg husker rigtigt, men det er jo ikke det vi diskuterer. ↩

  3. Hvilket bl.a kan bruges til at vise at himlen er varmere end helvede, men det er et andet indlæg, som jeg forhåbentlig får tid til at skrive meget snart… ↩