Абсолютно чорне тіло

Відео: Як біле зробити чорним. Nat rlich!

Абсолютно чорне тіло - фізична абстракція, що застосовується в термодинаміки, тіло, яке повністю поглинає випромінювання у всіх діапазонах, що падає на нього. Незважаючи на назву, абсолютно чорне тіло саме може випускати електромагнітне випромінювання. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла визначається тільки його температурою. Практичною моделлю чорного тіла може бути порожнина з невеликим отвором і зачорненими стінками, оскільки світло, що потрапляє крізь отвір в порожнину, зазнає багатократних віддзеркалень і сильно поглинається. Глибокий чорний колір деяких матеріалів (деревного вугілля, чорного оксамиту) і зіниці людського ока пояснюється тим же механізмом.
Термін введений Густавом Кірхгофа в 1862 році.



Інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від температури і частоти визначається законом Планка:



де I (?) d ? - потужність випромінювання на одиницю площі поверхні, що випромінює на одиницю тілесного кута в діапазоні частот від? до? + d ?





Загальна енергія теплового випромінювання визначається законом Стефана-Больцмана:

,

де F - потужність на одиницю площі поверхні, що випромінює, а

Вт / (м 2 · К 4) - стала Стефана-Больцмана.






Довжина хвилі, при якій енергія випромінювання максимальна, визначається законом зміщення Віна:



де T - температура в кельвінах, а ? max - довжина хвилі з максимальною інтенсивністю в метрах.
Відомий колір абсолютно чорних тіл з різною температурою представлений на діаграмі праворуч.
Рух променів світла в абсолютно чорному тілі Штучно можна виготовити практично абсолютно чорне тіло, вічорнівши внутрішню поверхню нагрітого до певної температури непрозорого тіла з порожниною і малим отвором. Всякий промінь, проходячи крізь отвір А в порожнину С, назад практично не виходить, тому відчуває багаторазового відбиття і поглинання. Отже, отвір А поглинає промені так, як абсолютно чорне тіло.
Слід зазначити, що геометричні розміри абсолютно чорного тіла накладають природні обмеження на довжину електромагнітної хвилі, може поширюватися в ньому. Дійсно, якщо довжина хвилі більше розміри чорного тіла, то вона в ньому просто не зможе відзеркалюватісь від стінок. Цей факт особливо важливий в космології, при моделюванні Всесвіту, у вигляді абсолютно чорного тіла на ранніх етапах розвитку, особливо при розгляді реліктового випромінювання.
Поняттям абсолютно чорного тіла широко користуються в астрофізиці. Випромінювання Сонця близько до випромінювання такого тіла з температурою 6000К. Вся Всесвіт пронизаний так званим реліктовим випромінюванням, близьким до випромінювання абсолютно чорного тіла з температурою 3К. Порівняння повного випромінювання зірок з випромінюванням такого тіла, дозволяє наближено оцінити ефективну температуру зірки. Відхилення випромінювання зірки від випромінювання абсолютно чорного тіла часто буває досить помітним. У глибині Сонця і зірок, нагрітих до десятків мільйонів градусів, випромінювання з високою точністю відповідає такому випромінюванню.
Для практичної реалізації моделі абсолютно чорного тіла необхідно забезпечити можливість рівномірного нагрівання стінок порожнини і вихід випромінювання назовні через малий отвір. Одним з перших експериментальних зразків чорного тіла був прилад виготовлений Люммером і Прінгсгеймом. Він представляв собою металеву ємність з подвійними стінками (подібно термостата). Простір між стінками використовувався в якості «температурної лазні» для підтримки певної і рівномірної температури. Це досягалося шляхом пропускання пару киплячої води або для низьких температур - шляхом наповнення льодом, твердою вуглекислотою, рідким повітрям і т.п.
Для дослідження випромінювання при високих температурах використовувалося чорне тіло іншої конструкції. Циліндр з платинової жерсті, через який подається електричний струм, потрібен для рівномірного нагріву внутрішнього порцелянового циліндра. Температура всередині циліндра вимірювалась термопарою, а діафрагми запобігали охолодженню проникаючим повітрям.
За допомогою подібних простих приладів - моделей чорного тіла, були експериментально досліджені закони випромінювання, точно визначені його константи і вивчені спектральний розподіл яскравості.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!