Perfect zwart lichaam en zijn uitstraling

Perfect zwart lichaam en zijn uitstraling
Perfect zwart lichaam en zijn uitstraling
Anonim

Het absoluut zwarte lichaam wordt zo genoemd omdat het alle straling absorbeert die erop (of beter gezegd erin) v alt, zowel in het zichtbare spectrum als daarbuiten. Maar als het lichaam niet opwarmt, wordt de energie opnieuw uitgestraald. Deze straling die wordt uitgezonden door een volledig zwart lichaam is van bijzonder belang. De eerste pogingen om de eigenschappen ervan te bestuderen werden al gedaan voordat het model zelf verscheen.

In het begin van de 19e eeuw experimenteerde John Leslie met verschillende stoffen. Het bleek dat zwarte roet niet alleen al het zichtbare licht dat erop v alt absorbeert. Het straalde in het infraroodbereik veel sterker uit dan andere, lichtere stoffen. Het was warmtestraling, die zich in verschillende eigenschappen onderscheidt van alle andere typen. De straling van een volledig zwart lichaam is evenwichtig, homogeen, vindt plaats zonder energieoverdracht en hangt alleen af van de temperatuur van het lichaam.

volledig zwart lichaam
volledig zwart lichaam

Als de temperatuur van het object hoog genoeg is, wordt thermische straling zichtbaar en krijgt elk lichaam, inclusief absoluut zwart, kleur.

Zo'n uniek object dat alleen een bepaald soort energie uitstra alt, kon niet anders dan de aandacht trekken. Aangezien we het over thermische straling hebben, werden de eerste formules en theorieën voorgesteld over hoe het spectrum eruit zou moeten zien in het kader van de thermodynamica. De klassieke thermodynamica was in staat om te bepalen op welke golflengte de maximale straling moet zijn bij een bepaalde temperatuur, in welke richting en hoeveel deze zal verschuiven bij verwarming en afkoeling. Het was echter niet mogelijk om te voorspellen wat de verdeling van energie is in het spectrum van het zwarte lichaam bij alle golflengten en in het bijzonder in het ultraviolette bereik.

zwarte lichaamsstraling
zwarte lichaamsstraling

Volgens de klassieke thermodynamica kan energie in elke portie worden uitgestraald, ook in willekeurige kleine porties. Maar om een absoluut zwart lichaam op korte golflengten te laten uitstralen, moet de energie van sommige van zijn deeltjes erg groot zijn, en in het gebied van ultrakorte golven zou het tot in het oneindige gaan. In werkelijkheid is dit onmogelijk, oneindigheid verscheen in de vergelijkingen en werd de ultraviolette catastrofe genoemd. Alleen Plancks theorie dat energie in discrete porties kan worden uitgestraald - quanta - hielp het probleem op te lossen. De vergelijkingen van de thermodynamica van vandaag zijn speciale gevallen van de vergelijkingen van de kwantumfysica.

verdeling van energie in het spectrum van een zwart lichaam
verdeling van energie in het spectrum van een zwart lichaam

Aanvankelijk werd een volledig zwart lichaam weergegeven als een holte met een smalle opening. Straling van buiten komt in zo'n spouw terecht en wordt door de wanden geabsorbeerd. Op het stralingsspectrum, datmoet een absoluut zwart lichaam hebben, in welk geval het stralingsspectrum van de ingang van de grot, de opening van de put, het raam naar de donkere kamer op een zonnige dag, enz. vergelijkbaar is. Maar bovenal vallen de spectra van de kosmische achtergrondstraling van het heelal en de sterren, inclusief de zon, ermee samen.

Het is veilig om te zeggen dat hoe meer deeltjes met verschillende energieën in een object, hoe sterker de straling zal lijken op een zwart lichaam. De energieverdelingscurve in het spectrum van een zwart lichaam weerspiegelt de statistische patronen in het systeem van deze deeltjes, met als enige correctie dat de energie die tijdens interacties wordt overgedragen discreet is.

Aanbevolen: