MOKSLASplius.lt

Juodo kūno spinduliavimas

Juodas kūnas – tai tam tikras realaus objekto supaprastinimas, naudojamas, norint išskirti pagrindines objekto savybes, ignoruojant tiriamam reiškiniui ne tokius svarbias savybes. Juodas kūnas yra panaši abstrakcija kaip ir materialus taškas, kuomet neatsižvelgiama į objekto geometrinius matmenis ir laikoma, kad jo visa masė sukoncentruota viename taške – jo svorio centre. Pavyzdžiui, tai leidžia pakankamu tikslumu aprašyti kūnų ar krūvininkų sąveiką, jei tik atstumai tarp jų gerokai didesni nei jų matmenys.
Taip pat fizikoje vartojama sąvoka idealios dujos irgi yra tam tikra realių dujų ar jų mišinio abstrakcija - laikoma, kad dujas sudaro vienodos rutuliukų formos molekulės, tampriai sąveikaujančios viena su kita.

Tokios abstrakcijos padeda mokslininkams „išgryninti“ pagrindines fizikinių objektų savybes, atmetant mažiau svarbias ir taip geriau suprasti ir apibūdinti fizikinius reiškinius.
Laikoma, kad juodas kūnas sugeria visas į jį krintančias elektromagnetines bangas, o įkaitęs ima pats spinduliuoti.


Tačiau pasirodė, kad klasikinės mechanikos dėsniai jau nebetinka tokio kūno spinduliavimui aprašyti, nes čia pasireiškia šviesos, kaip dalelių srauto - fotonų, spinduliuojamų tam tikromis porcijomis, savybės, ir tai tapo vienu iš stimulų pradėti kurti kvantinės mechanikos teoriją.

Nors realiai gamtoje juodų kūnų (kaip ir idealių dujų ar materialių taškų) nėra, visi objektai atspindi dalį elektromagnetinių bangų, tačiau mokslininkai pažengė į priekį mėgindami sukurti dirbtines medžiagas, galinčias visiškai absorbuoti tam tikro diapazono elektromagnetines bangas - apie tai paskaityti galite čia.

Juodo kūno spinduliavimą aprašo Planko dėsnis. Jis teigia, kad juodas kūnas spinduliuoja įvairaus dažnio bangas, tačiau kuo kūnas aukštesnės temperatūros, tuo jis yra šviesesnis – jo spinduliuojamo bangų spektro maksimumas slenkasi į trumpųjų bangų pusę. Todėl mes, žiūrėdami į įkaitusius daiktus, dažnai galime apytikriai pasakyti, kokia yra jų temperatūra – jei į krosnį įkištas žarsteklis tampa tamsiai raudonas, jo temperatūra gali būti apie 1000 C, kaitrinės lemputės siūlelis, šviečiantis skaisčiai geltona šviesa, gali būti įkaitęs ir iki 3000 C. O Saulės paviršiaus temperatūra yra maždaug 6000 C.
Dar smarkiau įkaitę kūnai spinduliuoja daugiau ultravioletinės, žmogaus akiai nematomos šviesos, o žemesnės temperatūros – infraraudonųjų spindulių, kurių mes taip pat nematome, bet jaučiame kaip šilumą.

Planko dėsnis:
I ($ \nu $, T) = 2h$ \nu^3 $/$ c^2 $ * 1/($\displaystyle e^{h\nu/kT} $ - 1)
čia I - spinduliuojamos energijos kiekis iš ploto vieneto per laiko vienetą, h - Planko konstanta, k - Boltzmano konstanta, T - juodo kūno temperatūra, $ \nu $ - bangų dažnis, c - šviesos greitis.

Šis kompiuterinis modelis iliustruoja Planko dėsnį, aprašantį juodo kūno spinduliuojamą elektromagnetinių bangų spektrą. Jame galite pakeisti kūno temperatūrą ir modelis apskaičiuos ir parodys jo spinduliuojamų elektromagnetinių bangų spektrinį tankį.

  • Kompiuterinis modelis - juodo kūno spinduliavimas.




  • Nuorodos:

  • Wolfram Research. Planck law
  • Wikipedia. Absoliučiai juodas kūnas
  • spausdinti