Eureka!

La forma dels termòmetres no hi ajuda. Hi ha qui pensa que la manera de funcionar d’aquests termòmetres és disparant-nos uns rajos infrarojos cada cop que algú prem el botó/gallet. És justament al contrari.

Els rajos infrarojos que indiquen la temperatura no surten del termòmetre, sinó que surten del nostre cos. Perquè el nostre cos, com qualsevol objecte que no estigui al zero absolut, emet constantment llum en totes les seves freqüències. La quantitat de radiació que emet un cos, i la freqüència de màxima emissió, depèn de la temperatura de l’objecte. Per tant, si som capaços d’identificar quina és la longitud d’ona de la radiació que més emet un objecte serem capaços de calcular-ne la temperatura.

Un objecte amb una temperatura de 30ºC té el seu pic d’emissió a la radiació amb una longitud d’ona de 9,56 μm, mentre que un a 45ºC el té a les 9,11 μm. Ambdues són radiacions de l’espectre infraroig, per això a l’infraroig és on podem calcular la temperatura d’una persona. De fet, tots els objectes amb una temperatura per sobre dels 3 K i per sota dels 3.700 K tenen el seu pic d’emissió en la regió dels infrarojos. Un objecte més calent, com per exemple la superfície del Sol, que és a uns 6.000 K, té el seu pic d’emissió a una longitud d’ona menor que la infraroja, a la regió visible de l’espectre electromagnètic. En canvi, després d’expandir-se durant 13.600 milions d’anys, l’univers és tant fred (a uns 2,7 K), que això fa que el fons de radiació que relacionem amb el Big Bang no sigui un infraroig sinó un microones (amb major longitud d’ona que els infrarojos).

Els termòmetres infrarojos, doncs, no emeten res sinó que tenen un xip que llegeix la quantitat de radiació que li arriba a diferents longituds d’ona, i un cop ha identificat quina és la més abundant ens sap dir a quina temperatura es correspon. Per poder llegir la temperatura amb molta precisió ens cal poder distingir entre radiacions amb longituds d’ona molt similars. El pic d’emissió d’un objecte a 36,5ºC només té una longitud d’ona 0,003 μm més gran que la d’un objecte a 36,6ºC.

PS La relació entre la temperatura d’un objecte i la longitud d’ona a la que emet més radiació la va descobrir el físic alemany Wilhelm Wien al 1893, i té una expressió molt simple:

on λ és la longitud d’ona de màxima emissió (en μm), T és la temperatura de l’objecte (en Kelvin), i b és l’anomenada constant de Wien (2.898 μm⋅K).