Абсолютно черно тяло

Абсолютно черното тяло 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. Спектърът на излъчване зависи единствено от неговата температура. Слънцето, както и другите звезди, са най-добри приближения за абсолютно черни тела.

Терминът „абсолютно черно тяло“ е въведен през 1860 година от Густав Кирхоф, който изказва предположението, че тяло, което поглъща всичката светлина (и не отразява никаква част от нея), при нагряване ще започне да излъчва целия спектър. Дотогава за излъчването се използва законът на Рейли – Джинс, в който спектралната плътност на топлинното излъчване е обратнопропорционална на дължината на вълната.

$~E(\nu ,T)={\frac {2\pi kT\nu ^{2}}{c^{2}}}$

Този закон е в съгласие с експеримента само при ниски честоти (големи дължини на вълната), но при малките дължини (към виолетовата част на видимия спектър) законът е забележимо неточен; тази неточност се нарича ултравиолетова катастрофа.

Другият подход, предложен по-късно, е законът на Вин:

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

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. 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. Според закона на Планк интензивността на излъчването на абсолютно черно тяло в зависимост от температурата и честотата се определя с формулата:

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

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

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

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