Dokonalé čierne teleso a jeho vyžarovanie

Dokonalé čierne teleso a jeho vyžarovanie
Dokonalé čierne teleso a jeho vyžarovanie
Anonim

Absolútne čierne teleso sa také nazýva preto, lebo pohlcuje všetko žiarenie, ktoré naň dopadá (alebo skôr do neho) vo viditeľnom spektre aj mimo neho. Ale ak sa telo nezohreje, energia je znovu vyžiarená späť. Toto žiarenie vyžarované úplne čiernym telesom je mimoriadne zaujímavé. Prvé pokusy o štúdium jeho vlastností sa uskutočnili ešte pred objavením sa samotného modelu.

Začiatkom 19. storočia John Leslie experimentoval s rôznymi látkami. Ako sa ukázalo, čierne sadze nielenže absorbujú všetko viditeľné svetlo, ktoré na ne dopadá. Vyžaroval v infračervenej oblasti oveľa silnejšie ako iné, ľahšie látky. Išlo o tepelné žiarenie, ktoré sa od všetkých ostatných typov líši viacerými vlastnosťami. Žiarenie úplne čierneho telesa je rovnovážne, homogénne, prebieha bez prenosu energie a závisí len od teploty telesa.

úplne čierne telo
úplne čierne telo

Keď je teplota objektu dostatočne vysoká, tepelné žiarenie sa stane viditeľným a potom každé teleso, vrátane úplne čiernej, získa farbu.

Takýto unikátny predmet, ktorý vyžaruje len určitý druh energie, nemohol upútať pozornosť. Keďže hovoríme o tepelnom žiarení, prvé vzorce a teórie o tom, ako má spektrum vyzerať, boli navrhnuté v rámci termodynamiky. Klasická termodynamika dokázala určiť, na akej vlnovej dĺžke má byť pri danej teplote maximum žiarenia, ktorým smerom a o koľko sa posunie pri zahrievaní a ochladzovaní. Nebolo však možné predpovedať, aké je rozloženie energie v spektre čierneho telesa na všetkých vlnových dĺžkach a najmä v ultrafialovej oblasti.

žiarenie čierneho telesa
žiarenie čierneho telesa

Podľa klasickej termodynamiky môže byť energia emitovaná v ľubovoľných častiach, vrátane ľubovoľne malých. Ale na to, aby absolútne čierne teleso vyžarovalo na krátkych vlnových dĺžkach, musí byť energia niektorých jeho častíc veľmi veľká a v oblasti ultrakrátkych vĺn by išla do nekonečna. V skutočnosti je to nemožné, v rovniciach sa objavilo nekonečno a nazývalo sa to ultrafialová katastrofa. Len Planckova teória, že energia môže byť vyžarovaná v diskrétnych častiach - kvantách - pomohla vyriešiť problém. Dnešné rovnice termodynamiky sú špeciálnymi prípadmi rovníc kvantovej fyziky.

rozloženie energie v spektre čierneho telesa
rozloženie energie v spektre čierneho telesa

Spočiatku bolo úplne čierne telo znázornené ako dutina s úzkym otvorom. Žiarenie zvonku vstupuje do takejto dutiny a je absorbované stenami. Na spektre žiarenia, ktorémusí mať absolútne čierne teleso, v tom prípade je spektrum žiarenia od vchodu do jaskyne, otvoru studne, okna do tmavej miestnosti za slnečného dňa a pod. Ale predovšetkým sa s ním zhodujú spektrá žiarenia kozmického pozadia vesmíru a hviezd vrátane Slnka.

Je bezpečné povedať, že čím viac častíc s rôznymi energiami je v objekte, tým silnejšie bude jeho žiarenie pripomínať čierne teleso. Krivka distribúcie energie v spektre čierneho telesa odráža štatistické vzory v systéme týchto častíc, s jedinou korekciou, že energia prenášaná počas interakcií je diskrétna.

Odporúča: