Perfekts melns ķermenis un tā starojums

Perfekts melns ķermenis un tā starojums
Perfekts melns ķermenis un tā starojums
Anonim

Absolūti melno ķermeni par tādu sauc, jo tas absorbē visu uz to (pareizāk sakot, tajā) krītošo starojumu gan redzamajā spektrā, gan ārpus tā. Bet, ja ķermenis nesasilst, enerģija tiek atkārtoti izstarota atpakaļ. Šis starojums, ko izstaro pilnīgi melns ķermenis, ir īpaši interesants. Pirmie mēģinājumi izpētīt tā īpašības tika veikti vēl pirms paša modeļa parādīšanās.

19. gadsimta sākumā Džons Leslijs eksperimentēja ar dažādām vielām. Kā izrādījās, melnie sodrēji ne tikai absorbē visu uz tiem krītošo redzamo gaismu. Tas infrasarkanajā diapazonā izstaroja daudz spēcīgāk nekā citas, vieglākas, vielas. Tas bija termiskais starojums, kas no visiem citiem veidiem atšķiras ar vairākām īpašībām. Pilnīgi melna ķermeņa starojums ir līdzsvarots, viendabīgs, notiek bez enerģijas pārneses un ir atkarīgs tikai no ķermeņa temperatūras.

pilnīgi melns ķermenis
pilnīgi melns ķermenis

Kad objekta temperatūra ir pietiekami augsta, kļūst redzams termiskais starojums, un tad jebkurš ķermenis, arī absolūti melns, iegūst krāsu.

Tik unikāls objekts, kas izstaro tikai noteikta veida enerģiju, nevarēja nepiesaistīt uzmanību. Tā kā mēs runājam par termisko starojumu, tad termodinamikas ietvaros tika piedāvātas pirmās formulas un teorijas par to, kādam vajadzētu izskatīties spektram. Klasiskā termodinamika spēja noteikt, pie kāda viļņa garuma konkrētajā temperatūrā jābūt maksimālajam starojumam, kurā virzienā un cik daudz tas nobīdīsies sildot un atdzesējot. Tomēr nebija iespējams paredzēt, kāds ir enerģijas sadalījums melnā ķermeņa spektrā visos viļņu garumos un jo īpaši ultravioletā diapazonā.

melnā ķermeņa starojums
melnā ķermeņa starojums

Saskaņā ar klasisko termodinamiku enerģiju var izstarot jebkurās porcijās, arī patvaļīgi mazās. Bet, lai absolūti melns ķermenis izstarotu īsos viļņu garumos, dažu tā daļiņu enerģijai jābūt ļoti lielai, un ultraīso viļņu apgabalā tā aizietu līdz bezgalībai. Patiesībā tas nav iespējams, vienādojumos parādījās bezgalība un tika saukta par ultravioleto katastrofu. Tikai Planka teorija, ka enerģiju var izstarot atsevišķās daļās - kvantos - palīdzēja atrisināt grūtības. Mūsdienu termodinamikas vienādojumi ir īpaši kvantu fizikas vienādojumu gadījumi.

enerģijas sadalījums melnā ķermeņa spektrā
enerģijas sadalījums melnā ķermeņa spektrā

Sākotnēji pilnīgi melns korpuss tika attēlots kā dobums ar šauru atvērumu. Radiācija no ārpuses nonāk šādā dobumā un tiek absorbēta sienās. Par starojuma spektru, kasjābūt absolūti melnam korpusam, tādā gadījumā starojuma spektrs no ieejas alā, akas atvēruma, loga uz tumšo telpu saulainā dienā utt. Taču visvairāk ar to sakrīt Visuma un zvaigžņu, tostarp Saules, kosmiskā fona starojuma spektri.

Var droši teikt, ka jo vairāk objektā būs daļiņas ar dažādu enerģiju, jo spēcīgāks tā starojums atgādinās melnu ķermeni. Enerģijas sadalījuma līkne melnā ķermeņa spektrā atspoguļo statistiskos modeļus šo daļiņu sistēmā ar vienīgo korekciju, ka mijiedarbības laikā pārnestā enerģija ir diskrēta.

Ieteicams: