Абсолютно черное тело реферат

Обновлено: 28.06.2024

Абсолютно черное тело, полностью поглощающее электромагнитное излучение любой частоты, при нагревании излучает энергию в виде волн, равномерно распределенных по всему спектру частот.

К концу XIX века ученые, исследуя взаимодействие электромагнитного излучения (в частности, света) с атомами вещества, столкнулись с серьезными проблемами, решить которые удалось только в рамках квантовой механики, которая, во многом, и зародилась благодаря тому, что эти проблемы возникли. Чтобы понять первую и, пожалуй, самую серьезную из этих проблем, представьте себе большой черный ящик с зеркальной внутренней поверхностью, в одной из стенок которого проделана маленькая дырочка. Луч света, проникающий в ящик через микроскопическое отверстие, навсегда остается внутри, бесконечно отражаясь от стенок. Объект, не отражающий света, а полностью поглощающий его, выглядит черным, поэтому его и принято называть черным телом. (Абсолютно чёрное тело — подобно многим другим концептуальным физическим явлениям — объект чисто гипотетический, хотя, например, полая, равномерно разогревающаяся зеркальная изнутри сфера, свет в которую проникает через единственное крохотное отверстие, является хорошим приближением.)

Вам, однако, наверняка доводилось и в реальности видеть достаточно близкие аналоги черного тела. В очаге, например, случается, что несколько поленьев сложатся практически вплотную, а внутри них выгорит довольно большая полость. Снаружи поленья остаются темными и не светятся, в то время как внутри выгоревшей полости накапливаются жар (инфракрасное излучение) и свет, и, прежде чем вырваться наружу, эти лучи многократно отражаются от стен полости. Если заглянуть в щель между такими поленьями, вы увидите яркое желто-оранжевое высокотемпературное свечение и, оттуда на вас буквально полыхнет жаром. Просто лучи на какое-то время оказались пойманными в ловушку между поленьями подобно тому, как свет полностью улавливается и поглощается вышеописанным черным ящиком.

Модель такого черного ящика помогает нам понять, как ведет себя поглощенный черным телом свет, взаимодействуя с атомами его вещества. Тут важно понять, что свет поглощается атомом, тут же испускается им и поглощается другим атомом, снова испускается и поглощается, и так будет происходить до момента достижения состояния равновесного насыщения. При нагревании черного тела до равновесного состояния интенсивность испускания и поглощения лучей внутри черного тела уравниваются: при поглощении некоего количества света определенной частоты одним атомом другой атом где-то внутри одновременно испускает такое же количество света той же частоты. Таким образом, количество поглощенного света каждой частоты внутри черного тела остается неизменной, хотя поглощают и испускают его разные атомы тела.

чем выше волновая частота лучей, тем больше их накапливается внутри черного тела (то есть, чем короче длины волн исследуемой части спектра волн излучения, тем больше лучей этой части спектра внутри черного тела предсказывает классическая теория);
чем выше частота волны, тем большую энергию она несет и, соответственно, тем больше ее сохраняется внутри черного тела.

По совокупности два этих заключения привели к немыслимому результату: энергия излучения внутри черного тела должна быть бесконечной! Эта злая насмешка над законами классической физики была окрещена ультрафиолетовой катастрофой, поскольку высокочастотное излучение лежит в ультрафиолетовой части спектра.

Порядок удалось восстановить немецкому физику Максу Планку (см. Постоянная Планка) — он показал, что проблема снимается, если допустить, что атомы могут поглощать и излучать свет только порциями и только на определенных частотах. (Позже Альберт Эйнштейн обобщил эту идею, введя понятие фотонов — строго определенных порций светового излучения.) По такой схеме многие частоты излучения, предсказываемые классической физикой, просто не могут существовать внутри черного тела, поскольку атомы не способны ни поглощать, ни испускать их; соответственно, эти частоты выпадают из рассмотрения при расчете равновесного излучения внутри черного тела. Оставив только допустимые частоты, Планк предотвратил ультрафиолетовую катастрофу и направил науку по пути верного понимания устройства мира на субатомном уровне. Кроме того, он рассчитал характерное распределение равновесного излучения черного тела по частотам.

Это распределение получило всемирную известность через многие десятилетия после его публикации самим Планком, когда ученые-космологи выяснили, что открытое ими реликтовое микроволновое излучение (см. Большой взрыв) в точности подчиняется распределению Планка по своим спектральным характеристикам и соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре около трех градусов выше абсолютного нуля.

Абсолютно чёрное тело — физическая абстракция, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (т. е. имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце. Термин был введён Густавом Кирхгофом в 1862.

Модель абсолютно черного тела

Абсолютно чёрных тел в природе не существует, поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет из себя замкнутую полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение.

Законы излучения абсолютно чёрного тела

Классический подход

Изучение законов излучения абсолютно чёрного тела явилось одной из предпосылок появления квантовой механики.

Первый закон излучения Вина

В 1893 году Вильгельм Вин, исходя из представлений классической термодинамики, вывел следующую формулу:

где u_ν — плотность энергии излучения
ν — частота излучения
T — температура излучающего тела
f — функция, зависящая только от частоты и температуры. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.

Первая формула Вина справедлива для всех частот. Любая более конкретная формула (например, закон Планка) должна удовлетворять первой формуле Вина.

Из первой формулы Вина можно вывести закон смещения Вина (закон максимума) и закон Стефана-Больцмана, но нельзя найти значения постоянных, входящих в эти законы.

Исторически именно первый закон Вина назывался законом смещения, но в настоящее время термином "закон смещения Вина" называют закон максимума.

Второй закон излучения Вина

В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:

где u_ν — плотность энергии излучения
ν — частота излучения
T — температура излучающего тела
C₁ ,C₂ — константы.

Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн). Она является частным конкретным случаем первого закона Вина.

Позже Макс Планк показал, что второй закон Вина следует из закона Планка для больших энергий квантов, а также нашёл постоянные C ₁ и C ₂ . С учётом этого, второй закон Вина можно записать в виде:

где u_ν — плотность энергии излучения
ν — частота излучения
T — температура излучающего тела
h — постоянная Планка
k — постоянная Больцмана
c — скорость света в вакууме

Закон Релея — Джинса

Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Релея — Джинса:

Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.

Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса при .

Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.

Закон Планка

Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны

Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка :

где I (ν)d ν — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне частот от ν до ν + d ν.

где u (λ)d λ — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от λ до λ + d λ.

Закон Стефана — Больцмана

Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана :

где j — мощность на единицу площади излучающей поверхности, а

Вт/(м²·К 4 ) — постоянная Стефана — Больцмана .

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.

Закон смещения Вина

Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина :

где T — температура в кельвинах, а λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36°C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).

Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме.

Чернотельное излучение

Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению). Объёмная плотность энергии чернотельного излучения равна , его давление равно . Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон — заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.

Цветность чернотельного излучения

Температурный интервал в Кельвинах

Примечание: Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D₆₅ ). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.

****** нарисовать модель тела.******

Модель абсолютно черного тела

Первый закон излучения Вина

В 1893 году Вильгельм Вин.

Второй закон излучения Вина

В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:

вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн). Она является частным конкретным случаем первого закона Вина.

Закон Релея — Джинса

На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.

Закон Планка определяет Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты

Закон Стефана — Больцмана определяет общую энергию теплового излучения определяется законом

В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам:

1. Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения, законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса, массы и электрического заряда).

2. Разработана МКТ.

3. Подведен прочный фундамент под термодинамику.

4. Сформулирована Максвелловская теория электромагнетизма.

5. Релятивистский закон сохранения энергии – массы.

В конце XIX начале XX века открыты В. Рентгеном  X-лучи (рентгеновские лучи), А. Беккерелем  явление радиоактивности, Дж. Томсоном  электрон. Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.

Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятии пространства и времени. Специальные опыты подтвердили справедливость гипотезы Дж. Максвелла об электромагнитной природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных. Для теоретического рассмотрения законов излучений использовали модель абсолютно черного тела, т.е. тела, полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины и, соответственно, излучающего все длины электромагнитных волн.

Изучая материалы по вопросу об отражении и поглощении световой энергии, я предположил, что абсолютно черное тело – это тело, которое поглощает всю энергию. Однако возможно ли такое на практике? Я думаю, не только мне показался этот вопрос интересным.

Цель реферата: доказать, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов.

Изучить теорию абсолютно черного тела;
Изучить теорию относительности А. Эйнштейна;
Изучить гипотезы Дж. Максвелла об электромагнитной природе света.

Абсолютно чёрное тело  физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Важность абсолютно черного тела в вопросе о спектре теплового излучения любых (серых и цветных) тел вообще, кроме того, что оно представляет собой наиболее простой нетривиальный случай, состоит еще и в том, что вопрос о спектре равновесного теплового излучения тел любого цвета и коэффициента отражения сводится методами классической термодинамики к вопросу об излучении абсолютно черного (и исторически это было уже сделано к концу XIX века, когда проблема излучения абсолютно черного тела вышла на первый план).

Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (то есть имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце.

Термин был введён Густавом Кирхгофомв1862 году. Практическая модель

Рис. 1. Модель абсолютно чёрного тела

Абсолютно чёрных тел в природе не существует, поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой замкнутую полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде, чем выйдет (ведь отверстие очень мало), в подавляющей доле случаев претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно с уверенностью сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками. (На самом деле, отверстие для этой модели вообще не важно, оно нужно только чтобы подчеркнуть принципиальную наблюдаемость излучения, находящегося внутри; отверстие можно, например, совсем закрыть, и быстро приоткрыть только тогда, когда равновесие уже установилось и проводится измерение).

Законы излучения абсолютно чёрного тела:

Изначально к решению проблемы были применены чисто классические методы, которые дали ряд важных и верных результатов, однако полностью решить проблему не позволили, приведя в конечном итоге не только к резкому расхождению с экспериментом, но и к внутреннему противоречию - так называемой ультрафиолетовой катастрофе.

Первый закон излучения Вина

u_ν  плотность энергии излучения
ν  частота излучения
T  температура излучающего тела
F  функция, зависящая только от частоты и температуры. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.

Из первой формулы Вина можно вывести закон смещения Вина(закон максимума) и закон СтефанаБольцмана, но нельзя найти значения постоянных, входящих в эти законы.

Второй закон излучения Вина

где u_ν плотность энергии излучения
ν  частота излучения
Tтемпература излучающего тела
C₁,C₂ константы.

где u_νплотность энергии излучения
νчастота излучения
Tтемпература излучающего тела
hпостоянная Планка
kпостоянная Больцмана
cскорость света в вакууме

Закон Рэлея  Джинса

Основная статья: закон РэлеяДжинса

Тем не менее закон излучения РэлеяДжинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой РэлеяДжинса при .

Закон Планка

Рис. 1. Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны

где I(ν)dνмощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне частот от ν до ν +dν.

где u(λ)dλмощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от λ до λ +dλ.

Закон Стефана  Больцмана

Общая энергия теплового излучения определяется законом СтефанаБольцмана, который гласит:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела:

где jмощность на единицу площади излучающей поверхности, а

Вт/(м²·К 4 )постоянная СтефанаБольцмана.

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T= 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.

Для нечёрных тел можно приближённо записать:

где ε - степень черноты (для всех веществ ε Закон смещения Вина

где Ттемпература в кельвинах, а λ_maxдлина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36 °C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).

Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме.

Черно  тельное излучение

Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и не поляризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению). Объёмная плотность энергии чернотельного излучения равна , его давление равно . Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фонзаполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.

Цветность черно  тельного излучения

Температурный интервал в Кельвинах

до 1000

Красный

Закон излучения Кирхгофа

Закон излучения Кирхгофафизический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

В современной формулировке закон звучит следующим образом:

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы, химического состава и проч.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела.

Величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него . Поэтому функция совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом СтефанаБольцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.

Реальные тела имеют поглощательную способность меньшую единицы, а значит, и меньшую чем у абсолютно чёрного тела излучательную способность. Тела, поглощательная способность которых не зависит от частоты, называются серыми. Их спектр имеет такой же вид, как и у абсолютно чёрного тела. В общем же случае поглощательная способность тел зависит от частоты и температуры, и их спектр может существенно отличаться от спектра абсолютно чёрного тела. Изучение излучательной способности разных поверхностей впервые было проведено шотландским ученым Лесли при помощи его же изобретениякуба Лесли.

Применения закона Кирхгофа в астрофизике

В астрофизике закон Кирхгофа часто применяется в следующем виде:

где j_νкоэффициент излучения(энергия, излучаемая единичным объёмом в единичном интервале частот в единичный телесный угол за единицу времени); α_νкоэффициент поглощения с учётом вынужденного испускания (α_ν= χ_νρ = 1/l_ν, где ρплотность вещества, а χ_νиl_νсоответственно непрозрачность и эффективная длина пробега фотонов для частоты ν);B_ν(T)интенсивность излучения абсолютно чёрного тела.

Закон Кирхгофа справедлив только для случаев теплового равновесия. Однако, его часто применяют и для неравновесных систем, когда излучение не находится в равновесии с веществом и его распределение по частотам существенно отличается от планковского. При этом часто (но не всегда) предположение о термодинамическом равновесии между частицами излучающего вещества оказывается хорошим приближением. Степень отклонения от закона Кирхгофа может служить мерой отличия излучения космических объектов от теплового.

На основании проведенных в реферате анализа литературных данных можно сделать вывод, что

Нетрудно заметить, что существующие законы физики XIX в. были поверхностны, они не связывали воедино все характеристики (длина волны, температура, частота и т.д.) физических тел. Все вышеперечисленные законы дополняли друг друга, но для полного понимания данного вопроса необходимо было привлечение квантовых представлений о природе света. Создание квантовой теории позволило объяснить многие явления, такие как явление абсолютно черного тела, т.е. тела, полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины и, соответственно, излучающего все длины электромагнитных волн. Также позволило объяснить взаимосвязь поглощательной способности и цвета тела, зависимость светимости тела от его температуры. Впоследствии эти явления были объяснены и классической физикой.

Абсолютно черное тело (АЧТ) – это тело, которое способно поглощать полностью всё падающее на него излучение любой частоты при любой температуре. Абсолютно черное тело не отражает ни единого кванта и всю поглощаемую энергию преобразует во внутреннюю.

Моделью абсолютно черного тела выступает наша комната. Вы, скорее всего, замечали, если днем смотреть с улицы на окно, в котором не включен свет, то выглядит так, будто в комнате темнота. На самом деле, в солнечную погоду комната достаточно хорошо освещается. Для понимания рассмотрим рисунок.

Здесь изображена ваша комната с окном. В нее попадает луч света и падает на стену, часть энергии поглощается стеной, часть энергии отражается. Энергия отражается по закону отражения и попадает на другую стену и процесс повторяется каждый раз с потерей части энергии. Таким образом, большинство лучей просто не выходят обратно в окно и происходит поглощение энергии. Соответственно, и мы видим темноту снаружи и лишь некоторые вышедшие лучики делают эту темноту не беспросветной.

У классической физики много проблем, одна из них связана с излучением абсолютно чёрного тела. По закону сохранения энергии черное тело не только поглощает, но еще и должно излучать энергию в форме электромагнитного излучения, если находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Именно поэтому абсолютно черное тело имеет цвет. Если АЧТ не будет излучать энергию, то его температура будет бесконечно расти.
На примере комнаты, источниками излучения являются ионы и атомы стен, которые за счет тепловых колебаний при попадании на них фотонов излучают электромагнитные волны. Часть этой излучаемой энергии выходит через окно, сохраняя то же распределение мощности по частоте, что и тепловое излучение в комнате.

Как было сказано вначале, АЧТ преобразует всю получаемую энергию во внутреннюю, т.е. нагревается. В Солнце также происходят термоядерные реакции, которые тоже излучают энергию. Температура АЧТ составляет порядка 6000 К, как и нашего Солнца.

Из-за несовершенства нашего зрения мы видим Солнце, как яркий белый или желтый диск. На самом деле, Солнце излучает весь видимый нам спектр. Практически в этом можно удостовериться на примере мыльного пузыря, оболочка которого переливается всеми цветами радуги при попадании на нее солнечного света. Видимый нами свет – это узкая часть спектра электромагнитного излучения Солнца. Этот спектр очень широк и излучает энергию от гамма-излучения до многокилометровых радиоволн.

Солнце излучает весь спектр, значит и поглощает весь спектр по закону сохранения энергии. Из всех тел нашей солнечной системы именно Солнце обладает свойствами абсолютно черного тела в наибольшей степени.

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ачт может производить свою энергию, главное: оно не должно ничего отражать что на него падает

Комментарий удален по просьбе пользователя

Полноценного Абсолютного тогда быть не может - оно переизлучит просто в другом диапазоне
Любое абсолютное тело излучает. Это его неотъемлемое свойство. Другое дело, что спектр этого излучения всегда имеет одну и ту же форму, которая масштабируется лишь температурой.

Оно излучает, и его спектр имеет особый вид. В этом и суть.

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ачт - это модель. Диапазон тут не при чем.
Смотри, я тебе ещё более удивительный факт открою.
Если взять комнату и термодинамически ее изолировать(чтоб не было обмена энергией с внешней средой) и подождать пока эта комната придёт в состояние равновесия, то все предметы в этой комнате(вне зависимости от их химического состава) будут одного цвета для наблюдателя. И этот цвет зависит только от температуры.

Комментарий удален по просьбе пользователя

Говоря об равновесных условиях, при которых все тела были одного цвета, авторы неточны в формулировках. Чтобы так было, необходимо, чтобы спектр собственных состояний тел был истинно непрерывным, но это невозможно. Даже в кристаллах существуют целые зоны из уровней, которые не могут занимать ни электроны, ни фононы. Но сильнее всего это проявляется в атомарных газах с редкими узкими спектральными линиями: таким объектам порой просто нечем светить в диапазоне, соответствующему пику чернотельного спектра. Собственно, атомарные газы - это объекты, максимально далёкие от модели чёрного тела.

Хорошее замечание, спасибо. Но для большинства предметов окружающих нас это ведь будет работать? Как я понимаю там спектр почти непрерывный, у пластиков каких нибудь например

Ответ комплексный. Рассмотрим, к примеру, кристаллы как среды с самым богатым энергетическим спектром. Если рассматривать вообще весь электромагнитный диапазон, то в разных его участках будут доминировать разные процессы. Например, если кристалл - металл, он сможет поглощать радиоволны, а если имеет бытовые размеры (сантиметры), он будет резонатором для микроволн, дальше идут фононные резонансы, потом резонансы электронов проводимости (оптика), затем внутренние оболочки, наконец, ядерные резонансы.

Вся эта линейка обладает сложной структурой с линиями, полосами и целыми диапазонами, и про чернотельные свойства можно говорить лишь в соответствующем спектральном контексте. Последний, однако, зависит от температуры. И здесь начинается самое интересное: рассмотрим, например, электронные зоны металлов. Они довольно широки, но чтобы из них получилось хорошее АЧТ, температура должна превышать температуру плавления кристалла, в результате которой эта структура исчезает.

С другой стороны, чернотельное поведение материалов не требует обязательно строго непрерывного спектра. Резонансы могут быть разбросаны более или менее равномерно, в виде линий или целых полос. Достаточно, чтобы не было совсем уж сильного разрыва. В этом случае при термодинамическом равновесии спектр такого тела будет повторять основные спектральные свойства АЧТ. Кристаллы и аморфные тела в этом плане хороши. Поэтому, да, для большинства предметов вокруг нас картина будет качественно совпадать с описанным в книге.

И ещё вопрос, если атомарный газ сильно нагреть то не будет ли такого, что из-за эффекта Допплера эти промежутки между дискретными линиями непрерывно заполнятся?

Ответ где-то по середине. Допплер и неупругие соударения хорошенько так уширяют линии атомарных газов. Не слишком сильно по сравнению с интервалом между ними, но все же. При этом ширины растут с ростом температуры.

Однако, начиная с некоторой температуры соударения эффективно ионизируют среду. Так мы получаем плазму. Свободные заряды в плазме охотно излучают уже тормозные, а также рекомбинационные фотоны, и их спектр уже непрерывный.

Таким образом, уширение конечно, будет работать на чернотелизацию, но там достаточно других, более эффективных механизмов. Эти механизмы опираются на свободное движение частиц, которое, в свою очередь, истинно непрерывно и не ограниченно по энергии. Именно поэтому солнечная плазма - лучшее природное АЧТ.

Читайте также: