Физика

Жылу сәулесі және қара түсті сәуле


Кванттық физика үшін екі маңызды ұғым - бұл жылу сәулесі және қара түсті. Енді біз олардың әрқайсысын зерттейтін боламыз.

Жылу сәулеленуі

Абсолютті нөлден жоғары дененің кез-келген беті электромагниттік сәуле шығарады. Бұл энергия температураға байланысты болғандықтан, ол деп аталады жылу сәулеленуі.

Бөлме температурасында дененің бетіне шығаратын жылу сәулесі инфрақызыл, көрінбейтін сәуле. Егер біз металл пластинаның температурасын 600 ° C-қа дейін көтерсек, мысалы, шығарылған сәуле әлі де инфрақызыл болады, бірақ қазір қолымызды пластинаға жақындатсақ, оны «қабылдай» аламыз. Температураны одан әрі шамамен 700 ° C-қа дейін көтеру қарқынды инфрақызыл сәуле шығарып қана қоймайды, сонымен қатар қызғылт жарықтың шығуын да көре алады.

Егер металл пластинаның температурасы көтерілуді жалғастырса және балқу температурасы сақталмаса, біз қарқынды инфрақызыл сәулеленуді байқаймыз, ал пластина біртіндеп қызылдан қызғылт сарыға, содан кейін сарыға және т.б. алға қарай ақ түсті.

Көгілдір жарық шыққанда, оның басқа шамдармен араласуы бізге қызғылт лампаның жанып тұрған талшықтарымен бірге ақ сезімді береді. Егер ақ түске жеткен дененің температурасы жоғарыласа, ол көкшіл түске ие болады. Сондықтан көк жұлдыздар ең ыстық.

Штефан-Больцман заңы

1879 жылы Штефан эмпирикалық түрде 1884 жылы Больцман математикалық түрде көрсеткен теңдеуді алды. Өрнек:

(Стефан-Больцман заңы)

Қайда:

Pot - дененің сыртқы бетінен T абсолютті температурада сәулеленетін жалпы қуат;

e = шығаратын беттің сипатына байланысты дененің эмиссиясы немесе эмиссия қуаты және 0 мен 1 арасындағы шамаларды қабылдауы мүмкін (өлшемсіз шама);

σ = Больцман тұрақтысы, оның мәні σ = 5.67x10-8 Вт / м2Қ4;

А = шығаратын бетінің ауданы.

Стефан-Больцман заңына сәйкес сәулелену күші дененің төртінші қуаттағы абсолютті бет температурасына тәуелді болатындығын, сондықтан бұл теңдеудің шешуші факторы болып табылатындығын атап өткен жөн.

Штефан-Больцман заңын келесі түрде білдіруге болады:

Қайда Мен денеден шығарылған жылу сәулесінің жалпы қарқындылығы, яғни уақыт бірлігіне және дененің сыртқы бетінің бір ауданына бөлінетін энергияның жалпы мөлшері.

Классикалық электромагниттік теорияға сәйкес жылу сәулесі денеден электр заряды арқылы шығарылады, термиялық үгітілудің салдарынан бетіне жақын әр түрлі жиіліктерде тербелмелі болады. Осылайша, сәулелену тұрақты жиіліктер диапазонында, яғни үздіксіз спектрде шығарылады:

Классикалық физика мәліметтері бойынша, денеге жылу радиациясы жарқыраған сайын, дене бетіне жақын орналасқан электр заряды қозып, денеде болған оқиға энергиясының бір бөлігі сіңіп кетеді. 1859 жылы Густав Кирхгоф дененің жұтылу күші оның эмиссия күшіне тең екенін түсінді. Математикалық:

Сондықтан жылу радиациясын сіңіретін жақсы дене (жаман шағылыстырғыш) сонымен қатар жақсы эмитент болып табылады. Сол сияқты, жаман сіңіргіш (жақсы рефлектор) де жаман эмитент болып табылады.