Perfekt svart kropp och dess strålning

Perfekt svart kropp och dess strålning
Perfekt svart kropp och dess strålning
Anonim

Den absolut svarta kroppen kallas sådan eftersom den absorberar all strålning som faller på den (eller snarare, in i den) både i det synliga spektrumet och utanför. Men om kroppen inte värms upp så återstrålas energin tillbaka. Denna strålning som sänds ut av en helt svart kropp är av särskilt intresse. De första försöken att studera dess egenskaper gjordes redan innan själva modellen uppträdde.

I början av 1800-talet experimenterade John Leslie med olika ämnen. Som det visade sig absorberar svart sot inte bara allt synligt ljus som faller på det. Det strålade i det infraröda området mycket starkare än andra, lättare, ämnen. Det var termisk strålning, som skiljer sig från alla andra typer i flera fastigheter. Strålningen från en helt svart kropp är jämvikt, homogen, sker utan energiöverföring och beror endast på kroppens temperatur.

helt svart kropp
helt svart kropp

När temperaturen på föremålet är tillräckligt hög blir värmestrålning synlig, och då får vilken kropp som helst, inklusive absolut svart, färg.

Ett sådant unikt föremål som bara avger en viss typ av energi, kunde inte låta bli att dra till sig uppmärksamhet. Eftersom vi pratar om termisk strålning föreslogs de första formlerna och teorierna om hur spektrumet skulle se ut inom termodynamikens ram. Klassisk termodynamik kunde bestämma vid vilken våglängd den maximala strålningen bör vara vid en given temperatur, i vilken riktning och hur mycket den kommer att förskjutas när den värms och kyls. Det var dock inte möjligt att förutsäga vad som är fördelningen av energi i den svarta kroppens spektrum vid alla våglängder och i synnerhet i det ultravioletta området.

svart kroppsstrålning
svart kroppsstrålning

Enligt klassisk termodynamik kan energi avges i alla delar, inklusive godtyckligt små. Men för att en absolut svart kropp ska stråla ut med korta våglängder måste energin hos några av dess partiklar vara mycket stor, och i området för ultrakorta vågor skulle den gå till oändlighet. I verkligheten är detta omöjligt, oändligheten dök upp i ekvationerna och kallades den ultravioletta katastrofen. Endast Plancks teori om att energi kan utstrålas i diskreta delar - kvanta - hjälpte till att lösa svårigheten. Dagens termodynamiska ekvationer är specialfall av kvantfysikens ekvationer.

fördelning av energi i spektrumet av en svart kropp
fördelning av energi i spektrumet av en svart kropp

Inledningsvis representerades en helt svart kropp som ett hålrum med en smal öppning. Strålning utifrån kommer in i ett sådant hålrum och absorberas av väggarna. På spektrumet av strålning, sommåste ha en absolut svart kropp, i vilket fall strålningsspektrumet från ingången till grottan, brunnens öppning, fönstret till det mörka rummet en solig dag, etc. är liknande. Men framför allt sammanfaller spektra av den kosmiska bakgrundsstrålningen från universum och stjärnor, inklusive solen, med det.

Det är säkert att säga att ju fler partiklar med olika energier i ett objekt, desto starkare kommer dess strålning att likna en svart kropp. Energifördelningskurvan i en svart kropps spektrum återspeglar de statistiska mönstren i systemet för dessa partiklar, med den enda korrigeringen att energin som överförs under interaktioner är diskret.

Rekommenderad: