Perfekt svart kropp og dens stråling

Perfekt svart kropp og dens stråling
Perfekt svart kropp og dens stråling
Anonim

Den absolutt svarte kroppen kalles slik fordi den absorberer all strålingen som faller på den (eller rettere sagt, inn i den) både i det synlige spekteret og utover. Men hvis kroppen ikke varmes opp, blir energien re-utstrålet tilbake. Denne strålingen som sendes ut av en helt svart kropp er av spesiell interesse. De første forsøkene på å studere egenskapene ble gjort allerede før selve modellen dukket opp.

På begynnelsen av 1800-tallet eksperimenterte John Leslie med forskjellige stoffer. Som det viste seg, absorberer svart sot ikke bare alt det synlige lyset som faller på den. Det strålte i det infrarøde området mye sterkere enn andre, lettere, stoffer. Det var termisk stråling, som skiller seg fra alle andre typer på flere egenskaper. Strålingen fra en helt svart kropp er likevekt, homogen, skjer uten energioverføring og avhenger kun av kroppens temperatur.

helt svart kropp
helt svart kropp

Når temperaturen på objektet er høy nok, blir termisk stråling synlig, og deretter får ethvert legeme, inkludert absolutt svart, farge.

Et slikt unikt objekt som bare avgir en viss type energi, kunne ikke annet enn å tiltrekke seg oppmerksomhet. Siden vi snakker om termisk stråling, ble de første formlene og teoriene om hvordan spekteret skulle se ut foreslått innenfor rammen av termodynamikk. Klassisk termodynamikk var i stand til å bestemme ved hvilken bølgelengde den maksimale strålingen skulle være ved en gitt temperatur, i hvilken retning og hvor mye den vil forskyve seg ved oppvarming og avkjøling. Det var imidlertid ikke mulig å forutsi hva som er fordelingen av energi i sortkroppsspekteret ved alle bølgelengder og spesielt i det ultrafiolette området.

svart kroppsstråling
svart kroppsstråling

I henhold til klassisk termodynamikk kan energi sendes ut i alle porsjoner, inkludert vilkårlig små. Men for at et absolutt svart legeme skal utstråle ved korte bølgelengder, må energien til noen av partiklene være veldig stor, og i området med ultrakorte bølger vil den gå til det uendelige. I virkeligheten er dette umulig, uendelighet dukket opp i ligningene og ble k alt den ultrafiolette katastrofen. Bare Plancks teori om at energi kan utstråles i diskrete porsjoner – kvanter – hjalp til med å løse problemet. Dagens termodynamiske ligninger er spesielle tilfeller av kvantefysikkens ligninger.

fordeling av energi i spekteret til en svart kropp
fordeling av energi i spekteret til en svart kropp

I utgangspunktet ble en helt svart kropp representert som et hulrom med en smal åpning. Stråling utenfra kommer inn i et slikt hulrom og absorberes av veggene. På spekteret av stråling, sommå ha en absolutt svart kropp, i så fall er spekteret av stråling fra inngangen til hulen, åpningen av brønnen, vinduet til det mørke rommet på en solrik dag, etc. lik. Men mest av alt faller spektrene til den kosmiske bakgrunnsstrålingen til universet og stjernene, inkludert solen, sammen med den.

Det er trygt å si at jo flere partikler med forskjellige energier i et objekt, desto sterkere vil strålingen ligne en svart kropp. Energifordelingskurven i spekteret til en svart kropp gjenspeiler de statistiske mønstrene i systemet til disse partiklene, med den eneste korreksjonen at energien som overføres under interaksjoner er diskret.

Anbefalt: