Savršeno crno tijelo i njegovo zračenje

Savršeno crno tijelo i njegovo zračenje
Savršeno crno tijelo i njegovo zračenje
Anonim

Apsolutno crno tijelo se naziva takvim jer apsorbira svo zračenje koje pada na njega (ili bolje rečeno, u njega) kako u vidljivom spektru tako i izvan njega. Ali ako se tijelo ne zagrije, energija se ponovo zrači natrag. Ovo zračenje koje emituje potpuno crno tijelo je od posebnog interesa. Prvi pokušaji proučavanja njegovih svojstava učinjeni su i prije pojave samog modela.

Početkom 19. veka, Džon Lesli je eksperimentisao sa raznim supstancama. Kako se ispostavilo, crna čađ ne samo da apsorbira svu vidljivu svjetlost koja pada na nju. Zračio je u infracrvenom opsegu mnogo jače od drugih, lakših, supstanci. Radilo se o toplotnom zračenju, koje se od svih ostalih vrsta razlikuje po nekoliko svojstava. Zračenje potpuno crnog tijela je ravnotežno, homogeno, javlja se bez prijenosa energije i zavisi samo od temperature tijela.

potpuno crno tijelo
potpuno crno tijelo

Kada je temperatura objekta dovoljno visoka, toplotno zračenje postaje vidljivo i tada svako tijelo, uključujući i apsolutno crno, dobija boju.

Takav jedinstveni objekat koji emituje samo određenu vrstu energije, nije mogao a da ne privuče pažnju. Pošto je riječ o toplinskom zračenju, prve formule i teorije o tome kako bi spektar trebao izgledati su predložene u okviru termodinamike. Klasična termodinamika je bila u stanju da odredi na kojoj talasnoj dužini treba da bude maksimalno zračenje na datoj temperaturi, u kom pravcu i koliko će se pomeriti kada se zagreje i ohladi. Međutim, nije bilo moguće predvidjeti kakva je raspodjela energije u spektru crnog tijela na svim talasnim dužinama, a posebno u ultraljubičastom opsegu.

zračenje crnog tela
zračenje crnog tela

Prema klasičnoj termodinamici, energija se može emitovati u bilo kojim porcijama, uključujući i proizvoljno male. Ali da bi apsolutno crno tijelo zračilo na kratkim talasnim dužinama, energija nekih njegovih čestica mora biti veoma velika, au području ultrakratkih talasa išla bi u beskonačnost. U stvarnosti, to je nemoguće, beskonačnost se pojavila u jednadžbama i nazvana je ultraljubičasta katastrofa. Samo Planckova teorija da se energija može zračiti u diskretnim dijelovima - kvantima - pomogla je da se riješi problem. Današnje jednadžbe termodinamike su posebni slučajevi jednadžbi kvantne fizike.

raspodjela energije u spektru crnog tijela
raspodjela energije u spektru crnog tijela

U početku je potpuno crno tijelo bilo predstavljeno kao šupljina sa uskim otvorom. Zračenje izvana ulazi u takvu šupljinu i apsorbira se od zidova. O spektru zračenja, kojimora imati apsolutno crno tijelo, u tom slučaju je sličan spektar zračenja od ulaza u pećinu, otvora bunara, prozora u mračnoj prostoriji po sunčanom danu itd. Ali najviše od svega, spektri kosmičkog pozadinskog zračenja Univerzuma i zvijezda, uključujući Sunce, poklapaju se s njim.

Sa sigurnošću se može reći da što je više čestica različite energije u objektu, to će njegovo zračenje jače ličiti na crno tijelo. Kriva raspodjele energije u spektru crnog tijela odražava statističke obrasce u sistemu ovih čestica, sa jedinom korekcijom da je energija koja se prenosi tokom interakcija diskretna.

Preporučuje se: