/ / Absolútne čierne telo a jeho žiarenie

Absolútne čierne telo a jeho žiarenie

Absolútne čierne telo sa nazýva také, pretožeže absorbuje všetko žiarenie dopadajúce na ňu (alebo skôr do nej), a to vo viditeľnom spektre aj mimo neho. Pokiaľ sa ale telo nezohrieva, energia sa spätne emituje späť. Toto žiarenie emitované čiernym telesom je obzvlášť zaujímavé. Prvé pokusy o štúdium jeho vlastností sa uskutočnili ešte pred vznikom samotného modelu.

Na začiatku 19. storočia John Leslie uskutočňoval experimentys rôznymi látkami. Ako sa ukázalo, čierne sadze nielenže pohlcujú všetko viditeľné svetlo dopadajúce na ňu. Vyžaroval v infračervenom rozsahu oveľa silnejšie ako iné, ľahšie látky. Bolo to tepelné žiarenie, ktoré sa od všetkých ostatných typov líši vo viacerých vlastnostiach. Žiarenie absolútne čierneho telesa je rovnovážné, homogénne, vyskytuje sa bez prenosu energie a závisí iba od telesnej teploty.

úplne čierne telo
Pri dostatočne vysokej teplote objektu je viditeľné tepelné žiarenie a potom akékoľvek teleso, vrátane absolútne čiernej, získa farbu.

Taký jedinečný objekt, ktorý vyžarujeiba určitý druh energie nemôže upútať pozornosť. Keďže hovoríme o tepelnom žiarení, boli v rámci termodynamiky navrhnuté prvé vzorce a teórie o tom, ako by spektrum malo vyzerať. Klasická termodynamika dokázala určiť, na akej vlnovej dĺžke by malo byť maximum žiarenia pri danej teplote, akým smerom a o koľko sa bude počas ohrievania a ochladzovania posúvať. Nebolo však možné predpovedať, aké je rozloženie energie v spektre čierneho telesa na všetkých vlnových dĺžkach a najmä v ultrafialovom rozmedzí.

žiarenie čierneho tela

Podľa konceptov klasickej termodynamikyenergia môže byť vyžarovaná v ľubovoľných častiach, vrátane ľubovoľne malých. Ale aby absolútne čierne telo mohlo vyžarovať na krátke vlnové dĺžky, musí byť energia niektorých jeho častíc veľmi veľká a v oblasti ultrakrátkych vĺn by išla do nekonečna. V skutočnosti je to nemožné, nekonečno sa objavilo v rovniciach a nazývalo sa to ultrafialová katastrofa. Problém vyriešila iba Planckova teória, že energiu je možné emitovať v samostatných častiach - kvantách. Dnešné termodynamické rovnice sú špeciálnymi prípadmi rovníc kvantovej fyziky.

distribúcia energie v spektre čiernych telies

Pôvodne úplne čierne telo predstavovala značkaako dutina s úzkym otvorom. Žiarenie zvonka vstupuje do takejto dutiny a je absorbované stenami. V tomto prípade je spektrum žiarenia od vstupu do jaskyne, otvoru v studni, okna do tmavej miestnosti za slnečného dňa apod. Podobné spektru žiarenia, ktoré by malo mať absolútne čierne teleso. Ale najviac sa spektrá reliktného žiarenia vesmíru a hviezd, vrátane Slnka, zhodujú s ním.

Dá sa dosť dobre povedať, že čím viackonkrétny objekt častíc s rôznymi energiami, tým viac bude jeho žiarenie pripomínať čierne teleso. Krivka distribúcie energie v spektre absolútne čierneho telesa odráža štatistické zákonitosti v systéme týchto častíc, s jedinou korekciou, že energia prenášaná počas interakcií je diskrétna.