Badan hitam sempurna dan sinarannya

Badan hitam sempurna dan sinarannya
Badan hitam sempurna dan sinarannya
Anonim

Badan yang benar-benar hitam dipanggil sedemikian kerana ia menyerap semua sinaran yang jatuh padanya (atau lebih tepat, ke dalamnya) dalam spektrum yang boleh dilihat dan seterusnya. Tetapi jika badan tidak panas, tenaga itu dipancarkan semula. Sinaran yang dipancarkan oleh badan hitam sepenuhnya ini sangat menarik. Percubaan pertama untuk mengkaji sifatnya telah dibuat sebelum model itu muncul.

Pada awal abad ke-19, John Leslie bereksperimen dengan pelbagai bahan. Ternyata, jelaga hitam bukan sahaja menyerap semua cahaya yang kelihatan jatuh di atasnya. Ia dipancarkan dalam julat inframerah jauh lebih kuat daripada bahan lain yang lebih ringan. Ia adalah sinaran haba, yang berbeza daripada semua jenis lain dalam beberapa sifat. Sinaran jasad hitam sepenuhnya adalah keseimbangan, homogen, berlaku tanpa pemindahan tenaga dan hanya bergantung pada suhu badan.

badan hitam sepenuhnya
badan hitam sepenuhnya

Apabila suhu objek cukup tinggi, sinaran haba menjadi kelihatan, dan kemudian mana-mana badan, termasuk hitam sepenuhnya, memperoleh warna.

Objek unik yang mengeluarkan hanya jenis tenaga tertentu, tidak dapat membantu tetapi menarik perhatian. Oleh kerana kita bercakap tentang sinaran terma, formula dan teori pertama tentang rupa spektrum sepatutnya dicadangkan dalam rangka kerja termodinamik. Termodinamik klasik dapat menentukan pada panjang gelombang sinaran maksimum sepatutnya pada suhu tertentu, ke arah mana dan berapa banyak ia akan beralih apabila dipanaskan dan disejukkan. Walau bagaimanapun, adalah tidak mungkin untuk meramalkan apakah taburan tenaga dalam spektrum jasad hitam pada semua panjang gelombang dan, khususnya, dalam julat ultraungu.

sinaran badan hitam
sinaran badan hitam

Menurut termodinamik klasik, tenaga boleh dipancarkan dalam mana-mana bahagian, termasuk bahagian kecil secara sewenang-wenangnya. Tetapi untuk membolehkan badan hitam benar-benar memancar pada panjang gelombang pendek, tenaga sesetengah zarahnya mestilah sangat besar, dan dalam kawasan gelombang ultra pendek ia akan pergi ke infiniti. Pada hakikatnya, ini adalah mustahil, infiniti muncul dalam persamaan dan dipanggil malapetaka ultraviolet. Hanya teori Planck bahawa tenaga boleh dipancarkan dalam bahagian diskret - quanta - membantu menyelesaikan kesukaran. Persamaan termodinamik hari ini ialah kes khas bagi persamaan fizik kuantum.

pengagihan tenaga dalam spektrum jasad hitam
pengagihan tenaga dalam spektrum jasad hitam

Pada mulanya, badan hitam sepenuhnya diwakili sebagai rongga dengan bukaan sempit. Sinaran dari luar memasuki rongga sedemikian dan diserap oleh dinding. Mengenai spektrum sinaran, yangmesti mempunyai badan yang benar-benar hitam, di mana spektrum sinaran dari pintu masuk ke gua, pembukaan telaga, tingkap ke bilik gelap pada hari yang cerah, dll. adalah serupa. Tetapi yang paling penting, spektrum sinaran latar belakang kosmik Alam Semesta dan bintang, termasuk Matahari, bertepatan dengannya.

Adalah selamat untuk mengatakan bahawa lebih banyak zarah dengan tenaga yang berbeza dalam objek, semakin kuat sinarannya akan menyerupai jasad hitam. Keluk pengagihan tenaga dalam spektrum jasad hitam mencerminkan corak statistik dalam sistem zarah ini, dengan satu-satunya pembetulan bahawa tenaga yang dipindahkan semasa interaksi adalah diskret.

Disyorkan: