Абсолютно черно тяло
From Wikipedia, the free encyclopedia
From Wikipedia, the free encyclopedia
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]
Другият подход, предложен по-късно, е законът на Вин[4]
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:
където – мощността на излъчването на единица площ в диапазона от честоти до .
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.
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 |