Абсолютно черно тяло

Абсолютно черното тяло (АЧТ) е идеализиран модел, абстракция, използвана в термодинамиката и представлява тяло в термодинамично равновесие (т.е. има изотропно излъчване), което поглъща електромагнитно излъчване в целия диапазон (всички дължини на вълната) и не отразява нищо. Това обаче не означава, че тялото не излъчва. То може да излъчва вълни с всякаква дължина на вълната и визуално има цвят.^[1] Спектърът на излъчване зависи единствено от неговата температура. Слънцето, както и другите звезди, са най-добри приближения за абсолютно черни тела^[2]

Терминът „абсолютно черно тяло“ (съкратено АЧТ^[1]) е въведен от Густав Кирхоф през 1860 година. Той изказва предположението, че тяло, което поглъща всичката светлина и не отразява никаква част от нея, при нагряване ще започне да излъчва целия спектър^{[3]:с. 373} Дотогава за излъчването се използва законът на Релей-Джинс, в който спектралната плътност на топлинното излъчване е обратно пропорционална на дължината на вълната.^[4]

${\displaystyle ~E(\nu ,T)={\frac {2\pi kT\nu ^{2}}{c^{2}}}}$^{[3]:с. 128} Той е в съгласие с експеримента за ниски честоти (големи дължини на вълната), но при малките дължини (към виолетовата част на видимия спектър) води до така наречената ултравиолетова катастрофа.

Другият подход, предложен по-късно, е законът на Вин^[4]

${\displaystyle \lambda _{\max }={\frac {0{,}002898}{T}}}$,

от 1893 г., изведен чрез прилагане на законите на термодинамиката към електромагнитното излъчване и предсказващ максимум в спектралната плътност на потока на топлинно излъчване в зависимост от температурата. Съответното изместване на максимума към по-ниски дължини на вълните с увеличаване на температурата е наблюдавано и експериментално. Законът на работи добре за високи честоти, но не е в съгласие с експеримента за ниски.

Нито единият, нито другият закон обясняват експерименталните данни в целия спектър на топлинно излъчване. Като разбира, че методите на класическата физика не могат да обяснят разликите между теорията и експеримента, Макс Планк построява през 1900 година своя полуемпиричен модел. Той прави гениалното предположение, че електромагнитното лъчение не е непрекъснато, а става на малки пакети, които той нарича кванти или фотони^[2]. Това поставя началото на нова физическа теория: квантовата механика, която успява да даде обяснение на топлинното излъчване на абсолютно черно тяло. Хипотезата на Планк за квантуването на електромагнитното лъчение е в основата на тази теория^[2]. Според закона на Планк интензивността на излъчването на абсолютно черно тяло в зависимост от температурата и честотата се определя с формулата:

${\displaystyle I(\nu )={\frac {2\pi h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{h\nu /kT}-1}}}$

където ${\displaystyle I(\nu )d\nu }$ – мощността на излъчването на единица площ в диапазона от честоти ${\displaystyle \nu }$ до ${\displaystyle \nu +d\nu }$.

Цвят на излъчването

Цветът (дължината на вълната или честотата) на излъчената от нагрявано тяло светлина зависи от температурата или с други думи спектърът на излъчване се мени с температурата.

С намаляване на температурата, максимумът на излъчване на абсолютно черното тяло отива към по-големите дължини на вълната. Черната крива представя излъчването на абсолютно черното тяло, според класическия закон на Релей-Джинс, според който обаче енергията на електромагнитното лъчение с малки дължини на вълната е безкрайна

Температурен интервал в Келвини	Цвят
до 1000	Червен
1000 – 1500	Оранжев
1500 – 2000	Жълт
2000 – 4000	Бледожълт
4000 – 5500	Жълтобял
5500 – 7000	Бял
7000 – 9000	Синкавобял
9000 – 15000	Синьобял
15000 – ∞	Син

Външни препратки

• Абсолютно черно тяло
• Топлинно излъчване Архив на оригинала от 2012-11-16 в Wayback Machine.

Източници

1. Лекции по обща астрофизика Архив на оригинала от 2008-09-17 в Wayback Machine., Проф. Георги Иванов, катедра Астрономия, ФзФ, СУ „Св. Климент Охридски“
2. Революциите в оптиката, Проф. Иван Лалов, ФзФ, СУ „Св. Климент Охридски“
3. Спангенбърг, Рей и др. История на науката, том 2. София, Рива, 2007. ISBN 978-954-320-118-1. с. 439.
4. www.spectralcalc.com

Тази статия, свързана с физика, все още е мъниче. Помогнете на Уикипедия, като я редактирате и разширите.