Savršeno crno tijelo i njegovo zračenje

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

Apsolutno crno tijelo naziva se 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 ponovno zrači natrag. Ovo zračenje koje emitira potpuno crno tijelo posebno je zanimljivo. Prvi pokušaji proučavanja njegovih svojstava napravljeni su i prije pojave samog modela.

Početkom 19. stoljeća, John Leslie eksperimentirao je s raznim supstancama. Kako se pokazalo, crna čađa ne samo da apsorbira svu vidljivu svjetlost koja pada na nju. Zračio je u infracrvenom području mnogo jače od drugih, lakših tvari. Bilo je to toplinsko zračenje, koje se od svih ostalih vrsta razlikuje po nekoliko svojstava. Zračenje potpuno crnog tijela je ravnotežno, homogeno, događa se bez prijenosa energije i ovisi samo o temperaturi tijela.

potpuno crno tijelo
potpuno crno tijelo

Kada je temperatura objekta dovoljno visoka, toplinsko zračenje postaje vidljivo, a tada svako tijelo, uključujući apsolutno crno, dobiva boju.

Takav jedinstveni objekt koji emitira samo određenu vrstu energije, nije mogao a da ne privuče pažnju. Budući da je riječ o toplinskom zračenju, prve formule i teorije o tome kako bi spektar trebao izgledati predložene su u okviru termodinamike. Klasična termodinamika je uspjela odrediti na kojoj valnoj duljini treba biti maksimalno zračenje pri danoj temperaturi, u kojem smjeru i koliko će se pomicati kada se zagrije i ohladi. Međutim, nije bilo moguće predvidjeti kakva je raspodjela energije u spektru crnog tijela na svim valnim duljinama, a posebno u ultraljubičastom području.

zračenje crnog tijela
zračenje crnog tijela

Prema klasičnoj termodinamici, energija se može emitirati u bilo kojem dijelu, uključujući i proizvoljno male. No, da bi apsolutno crno tijelo zračilo na kratkim valnim duljinama, energija nekih njegovih čestica mora biti vrlo velika, a u području ultrakratkih valova 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 riješiti problem. Današnje jednadžbe termodinamike posebni su 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 s 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 špilju, otvora bunara, prozora u mračnu sobu po sunčanom danu itd. Ali najviše od svega, spektri kozmičkog pozadinskog zračenja Svemira i zvijezda, uključujući Sunce, podudaraju se s njim.

Sigurno je reći da što više čestica s različitim energijama u objektu, to će njegovo zračenje jače nalikovati crnom tijelu. Krivulja raspodjele energije u spektru crnog tijela odražava statističke obrasce u sustavu ovih čestica, s jedinom korekcijom da je energija koja se prenosi tijekom interakcija diskretna.

Preporučeni: