Perfekt sort krop og dens stråling

Perfekt sort krop og dens stråling
Perfekt sort krop og dens stråling
Anonim

Den absolut sorte krop kaldes sådan, fordi den absorberer al den stråling, der falder på den (eller rettere sagt, ind i den) både i det synlige spektrum og udenfor. Men hvis kroppen ikke varmer op, bliver energien genudstrålet tilbage. Denne stråling udsendt af et helt sort legeme er af særlig interesse. De første forsøg på at studere dens egenskaber blev gjort allerede før fremkomsten af selve modellen.

I begyndelsen af det 19. århundrede eksperimenterede John Leslie med forskellige stoffer. Som det viste sig, absorberer sort sod ikke kun alt det synlige lys, der falder på den. Det udstrålede i det infrarøde område meget stærkere end andre, lettere, stoffer. Det var termisk stråling, som adskiller sig fra alle andre typer i flere egenskaber. Strålingen af et helt sort legeme er ligevægt, homogen, sker uden energioverførsel og afhænger kun af kroppens temperatur.

helt sort krop
helt sort krop

Når temperaturen på objektet er høj nok, bliver termisk stråling synlig, og derefter får ethvert legeme, inklusive absolut sort, farve.

Sådan et unikt objekt, der kun udsender en bestemt type energi, kunne ikke undgå at tiltrække opmærksomhed. Da vi taler om termisk stråling, blev de første formler og teorier om, hvordan spektret skulle se ud, foreslået inden for rammerne af termodynamikken. Klassisk termodynamik var i stand til at bestemme, ved hvilken bølgelængde den maksimale stråling skulle være ved en given temperatur, i hvilken retning og hvor meget den vil skifte, når den opvarmes og afkøles. Det var dog ikke muligt at forudsige, hvad der er fordelingen af energi i det sorte legemes spektrum ved alle bølgelængder og især i det ultraviolette område.

sort kropsstråling
sort kropsstråling

Ifølge klassisk termodynamik kan energi udsendes i alle portioner, inklusive vilkårligt små. Men for at et absolut sort legeme kan udstråle ved korte bølgelængder, skal energien af nogle af dens partikler være meget stor, og i området med ultrakorte bølger ville den gå til det uendelige. I virkeligheden er dette umuligt, uendelighed optrådte i ligningerne og blev kaldt den ultraviolette katastrofe. Kun Plancks teori om, at energi kan udstråles i diskrete portioner - kvanter - hjalp med at løse vanskeligheden. Nutidens termodynamiske ligninger er specielle tilfælde af kvantefysikkens ligninger.

fordeling af energi i spektret af en sort krop
fordeling af energi i spektret af en sort krop

Oprindeligt var en helt sort krop repræsenteret som et hulrum med en smal åbning. Stråling udefra trænger ind i et sådant hulrum og absorberes af væggene. På spektret af stråling, somskal have en absolut sort krop, i hvilket tilfælde spektret af stråling fra indgangen til hulen, åbningen af brønden, vinduet til det mørke rum på en solskinsdag osv. er ens. Men mest af alt falder spektrene for den kosmiske baggrundsstråling fra universet og stjerner, inklusive Solen, sammen med det.

Det er sikkert at sige, at jo flere partikler med forskellige energier i et objekt, jo stærkere vil dets stråling ligne en sort krop. Energifordelingskurven i spektret af et sort legeme afspejler de statistiske mønstre i systemet af disse partikler, med den eneste korrektion, at den energi, der overføres under interaktioner, er diskret.

Anbefalede: