Tökéletes fekete test és kisugárzása

Tökéletes fekete test és kisugárzása
Tökéletes fekete test és kisugárzása
Anonim

Az abszolút fekete testet azért hívják ilyennek, mert elnyeli a rá eső (vagy inkább bele) sugárzást mind a látható spektrumban, mind azon túl. De ha a test nem melegszik fel, az energia újra visszasugárzik. Ez a teljesen fekete test által kibocsátott sugárzás különösen érdekes. Az első kísérletek tulajdonságainak tanulmányozására még a modell megjelenése előtt történtek.

A 19. század elején John Leslie különféle anyagokkal kísérletezett. Mint kiderült, a fekete korom nemcsak elnyeli a ráeső összes látható fényt. Az infravörös tartományban sokkal erősebben sugárzott, mint más, könnyebb anyagok. Hősugárzásról volt szó, amely több tulajdonságában is különbözik minden más típustól. A teljesen fekete test sugárzása egyensúlyi, homogén, energiaátadás nélkül történik és csak a test hőmérsékletétől függ.

teljesen fekete test
teljesen fekete test

Ha az objektum hőmérséklete elég magas, a hősugárzás láthatóvá válik, majd bármely test, beleértve az abszolút feketét is, színt kap.

Egy ilyen egyedi tárgy, amely csak egy bizonyos típusú energiát bocsát ki, nem vonzza magára a figyelmet. Mivel hősugárzásról beszélünk, a termodinamika keretein belül megfogalmazták az első képleteket és elméleteket arról, hogy milyennek kell lennie a spektrumnak. A klasszikus termodinamika meg tudta határozni, hogy adott hőmérsékleten mekkora hullámhosszon kell a maximális sugárzásnak lennie, milyen irányba és mennyit fog eltolódni melegítéskor és hűtéskor. Nem lehetett azonban megjósolni, hogy mi az energia eloszlása a fekete test spektrumában minden hullámhosszon, és különösen az ultraibolya tartományban.

fekete test sugárzás
fekete test sugárzás

A klasszikus termodinamika szerint az energia tetszőleges részletben bocsátható ki, beleértve az önkényesen kicsiket is. De ahhoz, hogy egy teljesen fekete test rövid hullámhosszon sugározzon, egyes részecskéinek energiájának nagyon nagynak kell lennie, és az ultrarövid hullámok tartományában a végtelenségig terjedne. A valóságban ez lehetetlen, a végtelenség megjelent az egyenletekben, és ezt ultraibolya katasztrófának nevezték. Csak Planck elmélete, amely szerint az energia diszkrét részekben – kvantumokban – sugározható ki, segített megoldani a nehézséget. A mai termodinamikai egyenletek a kvantumfizika egyenletek speciális esetei.

az energia eloszlása a fekete test spektrumában
az energia eloszlása a fekete test spektrumában

Kezdetben egy teljesen fekete testet keskeny nyílással rendelkező üregként ábrázoltak. A kívülről érkező sugárzás belép egy ilyen üregbe, és elnyeli a falak. A sugárzás spektrumáról, amelyteljesen fekete testnek kell lennie, ilyenkor a barlang bejáratától, a kútnyílástól, napsütéses napon a sötét szobába vezető ablaktól stb. hasonló sugárzási spektrum. De leginkább az Univerzum és a csillagok, köztük a Nap kozmikus háttérsugárzásának spektruma esik egybe vele.

Biztos kijelenthetjük, hogy minél több különböző energiájú részecske van egy tárgyban, annál erősebb a sugárzása egy fekete testhez. A fekete test spektrumának energiaeloszlási görbéje tükrözi e részecskék rendszerének statisztikai mintázatait, azzal a korrekcióval, hogy a kölcsönhatások során átvitt energia diszkrét.

Ajánlott: