Perpektong itim na katawan - isang problema ng Newtonian physics

Talaan ng mga Nilalaman:

Perpektong itim na katawan - isang problema ng Newtonian physics
Perpektong itim na katawan - isang problema ng Newtonian physics
Anonim

Ang ganap na itim na katawan ay isang mental physical idealized object. Nang kawili-wili, hindi ito kailangang maging itim. Iba dito.

ganap na itim na katawan
ganap na itim na katawan

Albedo

Naaalala nating lahat (o hindi bababa sa dapat tandaan) mula sa kursong pisika ng paaralan na ang konsepto ng "albedo" ay nagpapahiwatig ng kakayahan ng ibabaw ng isang katawan na magpakita ng liwanag. Kaya, halimbawa, ang mga takip ng niyebe ng mga takip ng yelo ng ating planeta ay nakapagpapakita ng hanggang 90% ng sikat ng araw na bumabagsak sa kanila. Nangangahulugan ito na ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na albedo. Hindi nakakagulat na ang mga empleyado ng mga polar station ay madalas na napipilitang magtrabaho sa salaming pang-araw. Kung tutuusin, ang pagtingin sa purong snow ay halos kapareho ng pagtingin sa Araw gamit ang mata. Kaugnay nito, ang buwan ng Saturn na Enceladus, na halos ganap na binubuo ng tubig na yelo, ay may record na reflectivity sa buong solar system, may puting kulay at sumasalamin sa halos lahat ng radiation na bumabagsak sa ibabaw nito. Sa kabilang banda, ang isang sangkap tulad ng soot ay may albedo na mas mababa sa 1%. Ibig sabihin, sinisipsip nito ang humigit-kumulang 99% ng electromagnetic radiation.

pamamahagi ng enerhiya sa spectrum ng isang itim na katawan
pamamahagi ng enerhiya sa spectrum ng isang itim na katawan

Purong itim na paglalarawan ng katawan

Narito na tayo sa pinakamahalagang bagay. Tiyak na nahulaan ng mambabasa na ang isang ganap na itim na katawan ay isang bagay na ang ibabaw ay may kakayahang ganap na sumisipsip ng lahat ng radiation na bumabagsak dito. Kasabay nito, hindi ito nangangahulugan na ang gayong bagay ay hindi makikita at hindi maaaring, sa prinsipyo, maglalabas ng liwanag. Hindi, huwag ipagkamali ito sa isang black hole. Maaaring ito ay may kulay at maging masyadong nakikita, ngunit ang radiation ng isang itim na katawan ay palaging matutukoy ng sarili nitong temperatura, hindi sa pamamagitan ng sinasalamin na liwanag. Sa pamamagitan ng paraan, isinasaalang-alang nito hindi lamang ang spectrum na nakikita ng mata ng tao, kundi pati na rin ang ultraviolet, infrared radiation, radio wave, x-ray, gamma radiation, at iba pa. Tulad ng nabanggit na, ang isang ganap na itim na katawan ay hindi umiiral sa kalikasan. Gayunpaman, ang mga katangian nito sa ating sistema ng bituin ay pinakamainam na tinutugma ng Araw, na naglalabas ngunit halos hindi sumasalamin sa liwanag (nanggagaling sa ibang mga bituin).

Laboratory idealization

Ang mga pagtatangka na ilabas ang mga bagay na hindi sumasalamin sa liwanag ay ginawa mula noong katapusan ng ika-19 na siglo. Sa totoo lang, ang problemang ito ay naging isa sa mga kinakailangan para sa paglitaw ng quantum mechanics. Una sa lahat, mahalagang tandaan na ang anumang photon (o anumang iba pang particle ng electromagnetic radiation) na hinihigop ng isang atom ay agad na ibinubuga at hinihigop ng isang kalapit na atom, at muling inilalabas. Ang prosesong ito ay magpapatuloy hanggang sa maabot ang estado ng equilibrium saturation sa katawan. Gayunpaman, kapag ang isang itim na katawan ay pinainit sa ganoong estado ng balanse, ang intensity ng liwanag na ibinubuga nito ay magiging katumbas ng intensity ng hinihigop na liwanag.

radiation ng itim na katawan
radiation ng itim na katawan

Sa siyentipikong komunidad ng mga physicist, ang problema ay lumitaw kapag sinusubukang kalkulahin kung ano ang radiation na enerhiya na ito, na nakaimbak sa balanse sa loob ng isang itim na katawan. At narito ang kamangha-manghang sandali. Ang pamamahagi ng enerhiya sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan sa isang estado ng balanse ay nangangahulugan ng literal na kawalang-hanggan ng enerhiya ng radiation sa loob nito. Ang problemang ito ay tinatawag na ultraviolet catastrophe.

Solusyon ni Planck

Ang unang nakahanap ng katanggap-tanggap na solusyon sa problemang ito ay ang German physicist na si Max Planck. Iminungkahi niya na ang anumang radiation ay hinihigop ng mga atomo hindi patuloy, ngunit discretely. Ibig sabihin, sa mga bahagi. Nang maglaon, ang mga nasabing bahagi ay tinawag na mga photon. Bukod dito, ang mga radio-magnetic wave ay maaaring masipsip ng mga atomo lamang sa ilang mga frequency. Ang mga hindi angkop na frequency ay dumaan lang, na lumulutas sa tanong ng walang katapusang enerhiya ng kinakailangang equation.

Inirerekumendang: