Частина циклу статей про
Випром?нювання чорного т?ла
Поняття: абсолютно чорне т?ло теплове випром?нювання закон К?рхгофа
Основн? формули: Планка зм?щення В?на Стефана ? Больцмана
?сторичн? закони: наближення В?на [en] закон Релея ? Джинса ультраф?олетова катастрофа г?потеза Планка
п о р

Абсолю?тно чо?рне т??ло  ? ф?зична абстракц?я , що вжива?ться у термодинам?ц? ; т?ло , яке ц?лком поглина? пром?ння (вс?х довжин хвиль), що пада? на нього. Т?ло, що ? ?деальним випром?нювачем та поглиначем електромагн?тного випром?нення, абсорбтанс якого α(λ) = 1 при вс?х довжинах хвиль, напрямках та температурах. Густина енерг?? та спектральний склад випром?нення одиницею поверхн? такого т?ла залежать т?льки в?д його температури.

Загальний опис [ ред. | ред. код ]

Не зважаючи на назву, абсолютно чорне т?ло може випускати теплове випром?нювання . Спектр випром?нювання абсолютно чорного т?ла визнача?ться т?льки його температурою . Практичною моделлю чорного т?ла може бути порожнина з невеликим отвором ? зачорненими ст?нками, оск?льки св?тло , що потрапля? кр?зь отв?р в порожнину, зазна? багатократних в?ддзеркалень ? сильно поглина?ться. Глибокий чорний кол?р деяких матер?ал?в ( деревного вуг?лля , чорного оксамиту ) ? з?ниц? людського ока поясню?ться тим же механ?змом.

Абсорбтанс такого т?ла α(λ) = 1 при вс?х довжинах хвиль, напрямках та температурах. Густина енерг?? та спектральний склад випром?нення одиницею поверхн? такого т?ла, залежать т?льки в?д його температури.

Терм?н введений Густавом К?рхгофом у 1862 роц?.

З пом?ж ф?зично ?снуючих матер?ал?в найб?льш близьким до абстрактного абсолютно чорного т?ла ? Vantablack , що поглина? 99,965% випром?нювання.

Закон випром?нювання Планка [ ред. | ред. код ]

?нтенсивн?сть випром?нювання абсолютно чорного т?ла залежно в?д температури й частоти визнача?ться законом Планка :

${\displaystyle I(\nu )={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{\exp(h\nu /kT)-1}}}$

де ${\displaystyle I(\nu )d\nu }$ ? потужн?сть випром?нювання на одиницю площ? поверхн? випром?нювання на одиницю т?лесного кута у д?апазон? частот в?д ${\displaystyle \nu }$ до ${\displaystyle \nu +d\nu }$

П?к спектра випром?нення зсува?ться в сторону коротших хвиль при п?двищенн? температури.

Закон Стефана ? Больцмана [ ред. | ред. код ]

Загальна енерг?я теплового випром?нювання визнача?ться законом Стефана ? Больцмана :

${\displaystyle F=\sigma T^{4}\,\!}$,

де ${\displaystyle F}$ ? потужн?сть на одиницю площ? поверхн? випром?нювання, а

${\displaystyle \sigma ={\frac {2\pi ^{5}k^{4}}{15c^{2}h^{3}}}\simeq 5,6704\cdot 10^{-8}}$ Вт/(м²·К ⁴ ) ? стала Стефана ? Больцмана .

Закон зм?щення В?на [ ред. | ред. код ]

Довжина хвил?, при як?й енерг?я випром?нювання максимальна, визнача?ться законом зм?щення В?на :

${\displaystyle \lambda _{\max }={\frac {0{,}002898}{T}}}$

де T  ? температура в кельв?нах , а ${\displaystyle \lambda _{\max }}$ ? довжина хвил? з максимальною ?нтенсивн?стю у метрах .

Видимий кол?р абсолютно чорних т?л з р?зною температурою представлений на д?аграм? праворуч.

Виготовлення т?ла [ ред. | ред. код ]

Штучно можна виготовити практично абсолютно чорне т?ло, вичорнивши внутр?шню поверхню нагр?того до певно? температури непрозорого т?ла з порожниною ? малим отвором. Всякий пром?нь, проходячи кр?зь отв?р А у порожнину С, назад практично не виходить, бо зазна? багаторазового в?дбиття ? поглинання . Отже, отв?р А поглина? пром?ння так, як абсолютно чорне т?ло.

Сл?д в?дзначити, що геометричн? розм?ри абсолютно чорного т?ла накладають природн? обмеження на довжину електромагн?тно? хвил? , що може розповсюджуватися в ньому. Д?йсно, якщо довжина хвил? б?льша за розм?ри чорного т?ла, то вона в ньому просто не зможе в?дзеркалюватись в?д ст?нок. Цей факт особливо важливий в космолог?? , при моделюванн? Всесв?ту , у вигляд? абсолютно чорного т?ла на ранн?х етапах розвитку, особливо при розгляд? рел?ктового випром?нювання .

Використання в ф?зиц? [ ред. | ред. код ]

Поняттям абсолютно чорного т?ла широко користуються в астроф?зиц? . Випром?нювання Сонця близьке до випром?нювання такого т?ла з температурою 6000К. Увесь Всесв?т пронизаний так званим рел?ктовим випром?нюванням, близьким до випром?нювання абсолютно чорного т?ла з температурою 3К. Пор?вняння повного випром?нювання з?рок з випром?нюванням такого т?ла, дозволя? наближено оц?нити ефективну температуру з?рки. В?дхилення випром?нювання зор? в?д випром?нювання абсолютно чорного т?ла часто бува? досить пом?тним. У глибин? Сонця та з?рок, нагр?тих до десятк?в м?льйон?в градус?в, випром?нювання з високою точн?стю в?дпов?да? такому випром?нюванню.

Для практично? реал?зац?? модел? абсолютно чорного т?ла необх?дно забезпечити можлив?сть р?вном?рного нагр?вання ст?нок порожнини та вих?д випром?нювання назовн? через малий отв?р. Одним ?з перших експериментальних вз?рц?в чорного т?ла був прилад виготовлений Люммером ^[de] та Пр?нгсгеймом ^[de] . В?н являв собою метал?чну посудину з подв?йними ст?нками (под?бно до термостата ). Прост?р м?ж ст?нками використовувався як ≪температурна лазня≫ для п?дтримування певно? та р?вном?рно? температури. Це досягалося шляхом пропускання пару киплячо? води або для низьких температур ? шляхом наповнення льодом , твердою вуглекислотою , р?дким пов?трям тощо.

Для досл?дження випром?нювання при високих температурах використовувалося чорне т?ло ?ншо? конструкц??. Цил?ндр ?з платиново? жерст?, через який пода?ться електричний струм , потр?бен для р?вном?рного нагр?вання внутр?шнього порцелянового цил?ндра. Температура всередин? цил?ндра вим?рювалась термопарою , а д?афрагми запоб?гали охолодженню проникаючим пов?трям.

За допомогою под?бних простих прилад?в ? моделей чорного т?ла, були експериментально досл?джен? закони випром?нювання, точно визначен? його константи та вивчено спектральний розпод?л яскравост?.

Див. також [ ред. | ред. код ]

• Спектрофотометричн? стандарти
• Ультраф?олетова розб?жн?сть

Л?тература [ ред. | ред. код ]

1. Глосар?й терм?н?в з х?м??  / уклад. Й. Опейда , О. Швайка  ; ?н-т ф?зико-орган?чно? х?м?? та вуглех?м?? ?м. Л. М. Литвиненка НАН Укра?ни , Донецький нац?ональний ун?верситет . ? Дон.  : Вебер, 2008. ? 738 с. ? ISBN 978-966-335-206-0 .
2. (рос.) Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле. Учебник для студентов вузов. ? 7-е изд., перераб. И доп. ? М.:высшая школа, 1978. ?321с.
3. (рос.) Шпольский Э. В. Атомная физика (в 2-х томах). ? М.  : Наука, 1974. ? Т. 1. ? 576 с.
4. (рос.) Аллен К. У. Астро- физические величины. ? перераб. И доп. Издание, ? М.:Мир,1977. ? 446с.
5. (рос.) Физика космоса. Маленькая энциклопедия. ? Изд. Второе, перераб. И дополненное, ? М.: Советская энциклопедия",1986. ? 783с.

Посилання [ ред. | ред. код ]

• Абсолютно чорне т?ло [ Арх?вовано 24 вересня 2020 у Wayback Machine .] // ВУЕ