Перфектно черно тяло и неговото излъчване

Перфектно черно тяло и неговото излъчване
Перфектно черно тяло и неговото излъчване
Anonim

Абсолютно черното тяло се нарича такова, защото поглъща цялата радиация, падаща върху него (или по-скоро в него) както във видимия спектър, така и извън него. Но ако тялото не се загрее, енергията се преизлъчва обратно. Това излъчване, излъчвано от напълно черно тяло, представлява особен интерес. Първите опити за изследване на неговите свойства са направени още преди появата на самия модел.

В началото на 19-ти век Джон Лесли експериментира с различни вещества. Както се оказа, черните сажди не само поглъщат цялата видима светлина, падаща върху него. Той излъчваше в инфрачервения диапазон много по-силно от други, по-леки вещества. Това беше топлинно излъчване, което се различава от всички останали видове по няколко свойства. Излъчването на напълно черно тяло е равновесно, хомогенно, протича без пренос на енергия и зависи само от температурата на тялото.

напълно черно тяло
напълно черно тяло

Когато температурата на обекта е достатъчно висока, топлинното излъчване става видимо и тогава всяко тяло, включително абсолютно черно, придобива цвят.

Такъв уникален обект, който излъчва само определен вид енергия, нямаше как да не привлече вниманието. Тъй като говорим за топлинно излъчване, първите формули и теории за това как трябва да изглежда спектърът бяха предложени в рамките на термодинамиката. Класическата термодинамика успя да определи при каква дължина на вълната трябва да бъде максималното излъчване при дадена температура, в каква посока и колко ще се измести при нагряване и охлаждане. Не беше възможно обаче да се предвиди какво е разпределението на енергията в спектъра на черното тяло при всички дължини на вълната и по-специално в ултравиолетовия диапазон.

излъчване на черно тяло
излъчване на черно тяло

Според класическата термодинамика енергията може да се излъчва във всякакви порции, включително произволно малки. Но за да може едно абсолютно черно тяло да излъчва на къси дължини на вълната, енергията на някои негови частици трябва да е много голяма, а в областта на ултракъсите вълни тя ще отиде до безкрайност. В действителност това е невъзможно, безкрайността се появи в уравненията и беше наречена ултравиолетова катастрофа. Единствено теорията на Планк, че енергията може да се излъчва на отделни части - кванти, помогна за разрешаването на трудността. Днешните уравнения на термодинамиката са специални случаи на уравненията на квантовата физика.

разпределение на енергията в спектъра на черно тяло
разпределение на енергията в спектъра на черно тяло

Първоначално напълно черно тяло беше представено като кухина с тесен отвор. Излъчването отвън навлиза в такава кухина и се абсорбира от стените. Върху спектъра на лъчението, коетотрябва да има абсолютно черно тяло, като в този случай спектърът на излъчване от входа на пещерата, отвора на кладенеца, прозореца към тъмната стая в слънчев ден и т.н. Но най-вече спектрите на космическото фоново излъчване на Вселената и звездите, включително Слънцето, съвпадат с него.

Може да се каже, че колкото повече частици с различна енергия има в даден обект, толкова по-силно излъчването му ще наподобява черно тяло. Кривата на разпределение на енергията в спектъра на черно тяло отразява статистическите модели в системата на тези частици, с единствената корекция, че енергията, предавана по време на взаимодействията, е дискретна.

Препоръчано: