Corpul negru perfect și radiațiile sale

Corpul negru perfect și radiațiile sale
Corpul negru perfect și radiațiile sale
Anonim

Corpul absolut negru se numește astfel deoarece absoarbe toată radiația care cade pe el (sau mai bine zis, în el) atât în spectrul vizibil, cât și dincolo. Dar dacă corpul nu se încălzește, energia este reradiată înapoi. Această radiație emisă de un corp complet negru prezintă un interes deosebit. Primele încercări de a-i studia proprietățile au fost făcute chiar înainte de apariția modelului în sine.

La începutul secolului al XIX-lea, John Leslie a experimentat cu diverse substanțe. După cum sa dovedit, funinginea neagră nu numai că absoarbe toată lumina vizibilă care cade pe ea. A radiat în domeniul infraroșu mult mai puternic decât alte substanțe, mai ușoare. Era radiația termică, care diferă de toate celel alte tipuri prin mai multe proprietăți. Radiația unui corp complet negru este de echilibru, omogenă, are loc fără transfer de energie și depinde doar de temperatura corpului.

corp complet negru
corp complet negru

Când temperatura obiectului este suficient de mare, radiația termică devine vizibilă, iar apoi orice corp, inclusiv negru absolut, capătă culoare.

Un astfel de obiect unic, care emite doar un anumit tip de energie, nu ar putea să nu atragă atenția. Întrucât vorbim de radiații termice, primele formule și teorii despre cum ar trebui să arate spectrul au fost propuse în cadrul termodinamicii. Termodinamica clasică a putut determina la ce lungime de undă ar trebui să fie radiația maximă la o anumită temperatură, în ce direcție și cât de mult se va deplasa atunci când este încălzită și răcită. Cu toate acestea, nu a fost posibil să se prezică care este distribuția energiei în spectrul corpului negru la toate lungimile de undă și, în special, în domeniul ultraviolet.

radiația corpului negru
radiația corpului negru

Conform termodinamicii clasice, energia poate fi emisă în orice porțiune, inclusiv în cele arbitrar mici. Dar pentru ca un corp absolut negru să radieze la lungimi de undă scurte, energia unora dintre particulele sale trebuie să fie foarte mare, iar în regiunea undelor ultrascurte ar merge la infinit. În realitate, acest lucru este imposibil, infinitul a apărut în ecuații și a fost numit catastrofa ultravioletă. Doar teoria lui Planck conform căreia energia poate fi radiată în porțiuni discrete - cuante - a ajutat la rezolvarea dificultății. Ecuațiile de astăzi ale termodinamicii sunt cazuri speciale ale ecuațiilor fizicii cuantice.

distribuția energiei în spectrul unui corp negru
distribuția energiei în spectrul unui corp negru

Inițial, un corp complet negru era reprezentat ca o cavitate cu o deschidere îngustă. Radiațiile din exterior intră într-o astfel de cavitate și sunt absorbite de pereți. Pe spectrul radiațiilor, caretrebuie să aibă un corp absolut negru, caz în care spectrul de radiații de la intrarea în peșteră, deschiderea puțului, fereastra către camera întunecată într-o zi însorită etc. Dar, mai ales, spectrele radiației cosmice de fond ale Universului și stelelor, inclusiv Soarele, coincid cu aceasta.

Se poate spune cu siguranță că, cu cât mai multe particule cu energii diferite într-un obiect, cu atât radiația acestuia se va asemăna mai puternică cu un corp negru. Curba de distribuție a energiei în spectrul unui corp negru reflectă modelele statistice din sistemul acestor particule, cu singura corecție că energia transferată în timpul interacțiunilor este discretă.

Recomandat: