Absolútne čierne teleso

Z Wikipédie

Absolútne čierne teleso je idealizované teleso, ktoré úplne pohlcuje žiarenie všetkých vlnových dĺžok dopadajúce na jeho povrch. Absorbčný koeficient absolútne čierneho telesa je 1 pre všetky vlnové dĺžky. Abolútne čierne teleso je súčasne ideálny žiarič, zo všetkých možných telies tej istej teploty vysiela najväčšie množstvo žiarivej energie. Celkové množstvo energie, ktoré sa vyžiari z povrchu absolútne čierneho telesa za jednotku času a rozloženie intenzity žiarenia podľa vlnových dĺžok závisí len od jeho teploty. Žiarenie Slnka pomerne dobre zodpovedá žiareniu absolútne čierneho telesa s teplotou približne 5800 K, reliktové žiarenie zodpovedá žiareniu absolútne čierneho telesa s teplotou 2,7 K.

[úprava] Experimentálna aproximácia absolútne čierneho telesa

S rastúcou teplotou telesa sa vrchol intenzity žiarenia posúva ku kratším vlnovým dĺžkam

Schopnosť telesa vysielať elektromagnetické žiarenie úzko súvisí s jeho schopnosťou pohlcovať žiarenie, pretože teleso pri konštantnej teplote je v termodynamickej rovnováhe so svojím okolím, teda získava pohlcovaním energie od okolia rovnaké množstvo energie, ako do okolia odovzdáva. Absolútne čierne teleso možno aproximovať dutým telesom s veľmi malým otvorom. Všetko žiarenie, ktoré vniká do dutiny, zostáva v dutine a postupne je stenami dutiny pohltené. Steny dutiny neustále vysielajú a pohlcujú žiarenie a žiarenie, ktoré z dutiny uniká cez malý otvor má vlastnosti žiarenia absolútne čierneho telesa. Experimentálne sa zistilo, že množstvo vyžiarenej energie závisí od teploty a je tým väčšie, čím je teplota telesa vyššia. Vysielané žiarenie obsahuje elektromagnetické vlny rôznej vlnovej dĺžky a experimentálne sa zistilo, že relatívne množstvo energie žiarenia s istou vlnovou dĺžkou sa tiež mení. Množstvo vysielanej energie sa hodnotí pomocou spektrálnej hustoty žiarenia I(λ), definovanej ako množstvo energie pripadajúcej na jednotkový interval vlnovej dĺžky. Pre malé a veľké hodnoty vlnovej dĺžky klesá k nule.

[úprava] Wienov posuvný zákon

Maximum I(λ) je pri istej hodnote λ(max), pričom

λ(max).T=b, b=0,00289 m.K

Tento empirický vzťah sa nazýva Wienov posuvný zákon.

[úprava] Zákon žiarenia absolútne čierneho telesa podľa klasickej fyziky

Zo zákonov klasickej fyziky koncom 19. storočia Rayleigh a Jeans odvodili zákon žiarenia absolútne čierneho telesa v tvare:

I(λ)dλ=8πkT/λ⁴ dλ

Tento vzťah sa nazýva Rayleighov-Jeansov zákon. Pri znižovaní λ k hodnotám ultrafialovej časti spektra, by I smerovalo k nekonečnu, čo bolo v príkrom rozpore s experimentom. Tento nesúlad klasickej teórie s experimentom sa vo fyzikálnej literatúre nazýval ultrafialová katastrofa.

[úprava] Kvantový zákon žiarenia absolútne čierneho telesa

Nemecký fyzik Max Planck sa zaoberal problémom žiarenia absolútne čierneho telesa a uvažoval, že príčinou zlyhania teórie bude niečo, čo sa pokladá za samozrejmé, ale nemusí to byť pravdivé. Vyslovil hypotézu, podľa ktorej si harmonický oscilátor môže s okolím vymieňať energiu s okolím iba nespojite po istých kvantách hodnoty

ε=hv

kde v je frekvencia oscilátora a h je Planckova konštanta, ktorej hodnota je h=6,625.10^-34

Na základe predstavy, že teleso sa skladá z veľkého množstva takýchto oscilátorov, odvodil zákon žiarenia absolútne čierneho telesa

        2πhc2       1
I(λ)dλ=------  ---------- dλ
         λ5      ehc/λkT-1    

Ten istý zákon pre frekvenciu

kde

• je množstvo energie na jednotku plochy za jednotku času vyžiarenej v jednotkovom priestorovom uhle vo frekvenčnom intervale ν a ν+dν
• je teplota absolútne čierneho telesa
• je Planckova konštanta
• je rýchlosť svetla
• je Boltzmannova konštanta

Na základe tohoto zákona Albert Einstein odvodil teóriu fotoelektrického javu.

Tento fyzikálny článok je zatiaľ príliš krátky (tzv. výhonok). Môžeš pomôcť Wikipédii rozšíriť ho tak, že hore klikneš na záložku "úprava" (alebo alternatívne sem) a dopíšeš alebo zmeníš text.