На абсолютно черно тяло, виртуална лаборатория уики, задвижвани от общността на феновете на Wikia

Абсолютно черно тяло - физически абстракция, използвана в термодинамиката. тялото поглъща инцидент електромагнитно излъчване върху него във всички диапазони и не отразяват нищо. Въпреки името си, себе си черно тяло може да излъчва електромагнитно излъчване на всяка честота, както и да има различен цвят визуално. Спектърът на абсолютно черно тяло радиация се определя само от температурата.

Най недвижими черна субстанция като сажди. да абсорбира 99% от падащата радиация (т.е.. е. има албедо. 0,01) в видимия диапазон на дължина на вълната, но инфрачервеното излъчване се абсорбира от тях е значително по-лошо. Сред телата на система абсолютно черно свойства слънчеви до най-голяма степен е слънцето. Терминът е въведен от Густав Кирхоф през 1862.

Практически Модел Редактиране

Абсолютно черни органи не съществуват, така че по физика за опити с модела. Тя е затворена кухина с малка дупка. Светлината свети в през отвора, след множество отражения ще бъдат усвоени напълно, а дупката ще изглежда напълно черен отвън. Но, когато се нагряват кухина тя ще притежава видимото излъчване.

Законите на абсолютно черно тяло радиация Редактиране

класическия подход редактирате

Проучването на законодателствата на радиация на абсолютно черно тяло е една от предпоставките за появата на квантовата механика.

Първият закон на радиация Вина Редактиране

През 1893 Vilgelm Вин. въз основа на концепциите за класически термодинамиката, подадена по следната формула:

където - енергийната плътност на радиация
- излъчване честота
- Излъчвана телесната температура
- функция, която зависи само от честотата и температурата. Формата на тази функция не може да се установи единствено въз основа на термодинамични съображения.

формула Първо Wien е валидна за всички честоти. Всяко по-специфична формула (например, Закон на Планк), трябва да отговарят на формулата на първите вина.

От първата формула могат да бъдат получени Вина Wien изместване право (закона на максимално) и право Stefan-Boltzmann. но не можете да намерите на стойностите на константите в тези закони.

Исторически погледнато, това е първият закон на вина, наречени изместване закон, но сега терминът "закон изместване Wien е" се отнася до максимума на закона.

Вторият закон на радиация Вина Редактиране

През 1896 г. въз основа на Вин допълнителни допускания, получен на втория закон:

където - енергийната плътност на радиация
- излъчване честота
- Излъчвана телесната температура
- константи.

Опитът показва, че формулата на втория Wien е валиден само в границата на високите честоти (къси дължини на вълните). Това е специален случай на първите конкретни правни вина.

По-късно Макс Планк показва, че вторият закон на вина следва от закона на Планк за високо енергийни лъчи, а също така намери трайно и. С оглед на това, на втория закон на вина може да се запише като:

където - енергийната плътност на радиация
- излъчване честота
Т - температурата на излъчващия тялото
ч - константата на Планк
к - е Болцман константа
с - скоростта на светлината във вакуум

Право на Рейли - Дънки Редактиране

Опитите за описване на абсолютно черно тяло радиация базата на класическите принципи на термодинамиката и електродинамика води до Rayleigh - дънки:

Тази формула поема квадратичен увеличаване на спектралната плътност на излъчване в зависимост от честотата. На практика, такъв закон би означавало, неспособността на термодинамично равновесие между материя и лъчение. защото според него, всички топлинната енергия ще трябва да отидат в енергията на краткосрочни дължина на вълната област на лъчението. Такава хипотетичен явление се нарича ултравиолетова катастрофа.

Независимо от това, правото на излъчване Рейли - Дънки само за част от дълга дължина на вълната на спектъра и адекватно описва естеството на радиация. За да се обясни факта, че тази кореспонденция е възможно само с помощта на квантово-механичен подход, според който се появява на емисиите дискретно. Въз основа на законите за квантовата може да получи формулата на Планк. който ще съвпадне с формула Rayleigh - дънки в.

Този факт е перфектна илюстрация на действието на принципа на кореспонденция. според която една нова физическа теория трябва да обясни всичко, което е в състояние да обясни възраст.

законните права на Планк

Интензитетът на излъчване на абсолютно черно тяло, като функция на температурата и честота се определя от закона на Планк.

където - лъчиста енергия на единица площ на излъчващата повърхност в честотния обхват от до.

където - лъчиста енергия на единица площ на излъчващата повърхност в обхвата на дължина на вълната от до.

Стивън закон - Болцман Редактиране

Общата енергия на топлинното излъчване се определя от Stefan - Болцман.

където - силата на единица площ на излъчващата повърхност, и

W / (m² · K 4) - Stefan - Болцман постоянна.

По този начин, на абсолютно черно тяло при Т = 100 К излъчва 5.67 вата на квадратен метър от повърхността. При температура от 1000 К мощност увеличава радиация до 56,7 киловат на квадратен метър.

Wien е изместване закон Редактиране

Дължината на вълната, при която лъчиста енергия на абсолютно черно тяло е максимум, определен закон за изместване Wien.

където Т - температура в градуси по Келвин. и - дължината на вълната на максимална интензивност в метри.

По този начин, ако се приеме като първо приближение, че човешката кожа края на свойствата на напълно черно тяло, максимум спектър емисия при температура от 36 ° С (309 К) лежи при дължина на вълната 9400 пМ (в инфрачервената област).

Видим цветни абсолютно черни тела с различна температура е показано на схемата.

Се лъчение Редактиране

Електромагнитна радиация, която е в термодинамично равновесие с напълно черно тяло при дадена температура (например, облъчване в кухината на абсолютно черно тяло) се нарича абсолютно черно тяло (или термично равновесие) радиация. Равновесие топлинното излъчване хомогенна, изотропен и неполяризирана, енергиен трансфер липсва всичките му характеристики зависят само от температурата на абсолютно черно тяло емитер (и, като абсолютно черно тяло радиация е в термично равновесие с тялото, тази температура може да се дължи на радиация). черното плътност радиационна енергия обемен равно на налягането е равно. В непосредствена близост в неговите качества на така наречената абсолютно черно тяло с космическата радиация. или космическия микровълнов фон - пълнене свят радиация с температура от около 3 К.

Температурният диапазон в Келвин