სრულყოფილი შავი სხეული და მისი გამოსხივება

სრულყოფილი შავი სხეული და მისი გამოსხივება
სრულყოფილი შავი სხეული და მისი გამოსხივება
Anonim

აბსოლუტურად შავ სხეულს ასე ეძახიან, რადგან ის შთანთქავს მასზე (უფრო სწორად, მასში) დაცემულ მთელ გამოსხივებას როგორც ხილულ სპექტრში, ისე მის ფარგლებს გარეთ. მაგრამ თუ სხეული არ თბება, ენერგია ხელახლა გამოსხივდება უკან. სრულიად შავი სხეულის მიერ გამოსხივებული ეს გამოსხივება განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს. მისი თვისებების შესწავლის პირველი მცდელობები გაკეთდა ჯერ კიდევ თავად მოდელის გამოჩენამდე.

მე-19 საუკუნის დასაწყისში ჯონ ლესლიმ ექსპერიმენტი ჩაატარა სხვადასხვა ნივთიერებებზე. როგორც გაირკვა, შავი ჭვარტლი არა მხოლოდ შთანთქავს მასზე დაცემულ მთელ ხილულ შუქს. ის ასხივებდა ინფრაწითელ დიაპაზონში ბევრად უფრო ძლიერად, ვიდრე სხვა, მსუბუქი ნივთიერებები. ეს იყო თერმული გამოსხივება, რომელიც განსხვავდება ყველა სხვა ტიპისგან რამდენიმე თვისებით. მთლიანად შავი სხეულის გამოსხივება არის წონასწორული, ერთგვაროვანი, ხდება ენერგიის გადაცემის გარეშე და დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის ტემპერატურაზე.

მთლიანად შავი სხეული
მთლიანად შავი სხეული

როდესაც ობიექტის ტემპერატურა საკმარისად მაღალია, თერმული გამოსხივება ხილული ხდება და შემდეგ ნებისმიერი სხეული, მათ შორის აბსოლუტურად შავი, იძენს ფერს.

ასეთი უნიკალური ობიექტი, რომელიც გამოყოფს მხოლოდ გარკვეული ტიპის ენერგიას, არ შეიძლებოდა არ მიიპყრო ყურადღება. ვინაიდან საუბარია თერმო გამოსხივებაზე, პირველი ფორმულები და თეორიები იმის შესახებ, თუ როგორი უნდა იყოს სპექტრი, შემოთავაზებული იქნა თერმოდინამიკის ფარგლებში. კლასიკურმა თერმოდინამიკამ შეძლო დაედგინა რა ტალღის სიგრძეზე უნდა იყოს მაქსიმალური გამოსხივება მოცემულ ტემპერატურაზე, რა მიმართულებით და რამდენად გადაინაცვლებს ის გაცხელებისა და გაგრილებისას. თუმცა, შეუძლებელი იყო იმის პროგნოზირება, თუ რა არის ენერგიის განაწილება შავი სხეულის სპექტრში ყველა ტალღის სიგრძეზე და, კერძოდ, ულტრაიისფერ დიაპაზონში.

შავი სხეულის გამოსხივება
შავი სხეულის გამოსხივება

კლასიკური თერმოდინამიკის მიხედვით, ენერგია შეიძლება გამოიყოფა ნებისმიერ ნაწილში, მათ შორის თვითნებურად მცირე. მაგრამ იმისათვის, რომ აბსოლუტურად შავმა სხეულმა ასხივოს მოკლე ტალღის სიგრძეზე, მისი ზოგიერთი ნაწილაკების ენერგია ძალიან დიდი უნდა იყოს და ულტრამოკლე ტალღების რეგიონში ის უსასრულობამდე მივიდეს. სინამდვილეში ეს შეუძლებელია, უსასრულობა გამოჩნდა განტოლებებში და ეწოდა ულტრაიისფერი კატასტროფა. მხოლოდ პლანკის თეორიამ, რომ ენერგიის გამოსხივება შესაძლებელია დისკრეტულ ნაწილებში - კვანტებში - დაეხმარა სირთულის გადაჭრას. თერმოდინამიკის დღევანდელი განტოლებები არის კვანტური ფიზიკის განტოლებების განსაკუთრებული შემთხვევები.

ენერგიის განაწილება შავი სხეულის სპექტრში
ენერგიის განაწილება შავი სხეულის სპექტრში

თავდაპირველად სრულიად შავი სხეული გამოსახული იყო ღრუს სახით ვიწრო ღიობით. გარედან გამოსხივება შემოდის ასეთ ღრუში და შეიწოვება კედლებით. რადიაციის სპექტრზე, რომელიცუნდა ჰქონდეს აბსოლუტურად შავი სხეული, ამ შემთხვევაში რადიაციის სპექტრი გამოქვაბულში შესასვლელიდან, ჭაბურღილის გახსნიდან, ბნელ ოთახში ფანჯარაში მზიან დღეს და ა.შ. მაგრამ ყველაზე მეტად, სამყაროს და ვარსკვლავების, მზის ჩათვლით, კოსმოსური ფონის გამოსხივების სპექტრები ემთხვევა მას.

შეიძლება ითქვას, რომ რაც უფრო მეტი ნაწილაკი განსხვავებული ენერგიის მქონე ობიექტშია, მით უფრო ძლიერი იქნება მისი გამოსხივება შავი სხეულის მსგავსი. ენერგიის განაწილების მრუდი შავი სხეულის სპექტრში ასახავს სტატისტიკურ შაბლონებს ამ ნაწილაკების სისტემაში, ერთადერთი შესწორებით, რომ ურთიერთქმედების დროს გადაცემული ენერგია დისკრეტულია.

გირჩევთ: