Tobulas juodas korpusas ir jo spinduliavimas

Tobulas juodas korpusas ir jo spinduliavimas
Tobulas juodas korpusas ir jo spinduliavimas
Anonim

Absoliučiai juodas kūnas vadinamas tokiu, nes jis sugeria visą ant jo (tiksliau, į jį) patenkančią spinduliuotę ir matomame spektre, ir už jo ribų. Bet jei kūnas neįkaista, energija vėl spinduliuojama atgal. Ši visiškai juodo kūno skleidžiama spinduliuotė yra ypač įdomi. Pirmieji bandymai ištirti jo savybes buvo atlikti dar prieš pasirodant pačiam modeliui.

XIX amžiaus pradžioje Džonas Leslis eksperimentavo su įvairiomis medžiagomis. Kaip paaiškėjo, juodi suodžiai ne tik sugeria visą ant jų krintantį matomą šviesą. Jis infraraudonųjų spindulių diapazone spinduliavo daug stipriau nei kitos, lengvesnės, medžiagos. Tai buvo šiluminė spinduliuotė, kuri nuo visų kitų rūšių skiriasi keliomis savybėmis. Visiškai juodo kūno spinduliuotė yra pusiausvyra, vienalytė, vyksta be energijos perdavimo ir priklauso tik nuo kūno temperatūros.

visiškai juodas kūnas
visiškai juodas kūnas

Kai objekto temperatūra pakankamai aukšta, šiluminė spinduliuotė tampa matoma, o tada bet koks kūnas, įskaitant visiškai juodą, įgauna spalvą.

Toks unikalus objektas, skleidžiantis tik tam tikros rūšies energiją, negalėjo nepatraukti dėmesio. Kadangi kalbame apie šiluminę spinduliuotę, termodinamikos rėmuose buvo pasiūlytos pirmosios formulės ir teorijos, kaip turėtų atrodyti spektras. Klasikinė termodinamika sugebėjo nustatyti, prie kokio bangos ilgio tam tikroje temperatūroje turi būti didžiausia spinduliuotė, kuria kryptimi ir kiek pasislinks kaitinant ir atvėsus. Tačiau nebuvo įmanoma nuspėti, koks yra energijos pasiskirstymas juodojo kūno spektre visuose bangų ilgiuose ir ypač ultravioletinių spindulių diapazone.

juoda kūno spinduliuotė
juoda kūno spinduliuotė

Pagal klasikinę termodinamiką energija gali būti išskiriama bet kokiomis dalimis, įskaitant ir savavališkai mažas. Tačiau tam, kad absoliučiai juodas kūnas spinduliuotų trumpais bangos ilgiais, kai kurių jo dalelių energija turi būti labai didelė, o ultratrumpųjų bangų srityje ji eitų iki begalybės. Iš tikrųjų tai neįmanoma, lygtyse atsirado begalybė ir buvo vadinama ultravioletine katastrofa. Tik Plancko teorija, kad energija gali būti spinduliuojama atskiromis dalimis – kvantais – padėjo išspręsti šią problemą. Šiandieninės termodinamikos lygtys yra ypatingi kvantinės fizikos lygčių atvejai.

energijos pasiskirstymas juodo kūno spektre
energijos pasiskirstymas juodo kūno spektre

Iš pradžių visiškai juodas kūnas buvo vaizduojamas kaip ertmė su siaura anga. Iš išorės spinduliuotė patenka į tokią ertmę ir ją sugeria sienos. Dėl spinduliuotės spektro, kuristuri turėti absoliučiai juodą korpusą, tokiu atveju panašus spinduliavimo spektras nuo įėjimo į urvą, šulinio angos, lango į tamsią patalpą saulėtą dieną ir pan. Tačiau labiausiai su ja sutampa Visatos ir žvaigždžių, įskaitant Saulę, kosminio foninio spinduliavimo spektrai.

Galima drąsiai teigti, kad kuo daugiau skirtingos energijos dalelių objekte, tuo stipresnis jo spinduliavimas primins juodą kūną. Energijos pasiskirstymo kreivė juodo kūno spektre atspindi statistinius dėsningumus šių dalelių sistemoje su vienintele korekcija, kad sąveikos metu perduodama energija yra diskreti.

Rekomenduojamas: