Випромінювання чорного тіла — теплове електромагнітне випромінювання всередині або навколо тіла, що перебуває в термодинамічній рівновазі з навколишнім середовищем, яке випромінює чорне тіло (ідеалізоване непрозоре тіло, що не відбиває світло). Має певний безперервний спектр довжин хвиль, обернено пов’язаний з інтенсивністю, який залежить лише від температури тіла, яка для розрахунків і теорії вважається однорідною та постійною.
Ідеально ізольований корпус, який перебуває в тепловій рівновазі, містить випромінювання абсолютно чорного тіла і випромінює його через отвір, зроблений у його стінці, за умови, що отвір досить малий, щоб мати незначний вплив на рівновагу.
Теплове випромінювання, що спонтанно випромінюється багатьма звичайними об'єктами, можна наближено вважати випромінюванням чорного тіла.
Особливо важливо, хоча планети та зірки (включаючи Землю та Сонце) не перебувають ні в тепловій рівновазі з навколишнім середовищем, ні ідеально чорними тілами, випромінювання чорного тіла все ще є хорошим першим наближенням для енергії, яку вони випромінюють. Таким чином, сонячне випромінювання, яке фільтрується земною атмосферою, характеризує «денне світло», яке люди (також більшість інших тварин) еволюціонували для використання для зору.
Чорне тіло при кімнатній температурі (23 °C (296 K; 73 °F)) випромінює переважно в інфрачервоному спектрі, який не сприймається людським оком, але може відчуватися деякими рептиліями. Коли температура об’єкта зростає приблизно до 500 °C (773 K; 932 °F), спектр випромінювання стає сильнішим і поширюється на область зору людини, а об’єкт виглядає тьмяно-червоним. У міру подальшого підвищення температури він випромінює все більше помаранчевого, жовтого, зеленого та синього світла (і, зрештою, понад фіолетове, ультрафіолетове).
Лампи з вольфрамовою ниткою мають безперервний спектр чорного тіла з холоднішою колірною температурою, близько 2 700 K (2 430 °C; 4 400 °F), який також випромінює значну енергію в інфрачервоному діапазоні. Сучасні люмінесцентні та світлодіодні лампи, які є більш ефективними, не мають безперервного спектру випромінювання чорного тіла, а випромінюють безпосередньо або використовують комбінації люмінофорів, які випромінюють кілька вузьких спектрів.
Чорні діри є майже ідеальними чорними тілами в тому сенсі, що вони поглинають усе випромінювання, яке на них падає. Було припущено, що вони випромінюють випромінювання чорного тіла (так зване випромінювання Хокінга) з температурою, яка залежить від маси чорної діри.
Термін чорне тіло був введений Густавом Кірхгофом у 1860 році. Випромінювання чорного тіла також називають тепловим випромінюванням, випромінюванням порожнини, повним випромінюванням або температурним випромінюванням.
Теорія
Спектр
Випромінювання чорного тіла має характерний безперервний частотний спектр, який залежить лише від температури тіла і називається спектром Планка або законом Планка. Спектр має пік на характерній частоті, яка зміщується до вищих частот із підвищенням температури, а при кімнатній температурі більша частина випромінювання припадає на інфрачервону область електромагнітного спектру. Коли температура підвищується понад 500 градусів за Цельсієм, чорні тіла починають випромінювати значну кількість видимого світла. Коли людське око дивиться в темряві, перше слабке світіння виглядає як «примарний» сірий колір (видиме світло насправді червоне, але світло низької інтенсивності активує лише датчики рівня сірого ока). З підвищенням температури світіння стає видимим, навіть якщо є фонове освітлення: спочатку у вигляді тьмяно-червоного, потім жовтого і, зрештою, «сліпучо-блакитно-білого», коли температура підвищується. Коли тіло виглядає білим, воно випромінює значну частину своєї енергії у вигляді ультрафіолетового випромінювання. Сонце з ефективною температурою приблизно 5800 К є приблизно чорним тілом із піком спектра випромінювання в центральній, жовто-зеленій частині видимого спектра, але також із значною потужністю в ультрафіолеті.
Примітки
- Loudon, 2000, Chapter 1.
- Mandel та Wolf, 1995, Chapter 13.
- Kondepudi та Prigogine, 1998, Chapter 11.
- Landsberg, 1990, Chapter 13.
- Ian Morison (2008). Introduction to Astronomy and Cosmology. J Wiley & Sons. с. 48. ISBN .
- (1949), p. 466.
- Alessandro Fabbri; José Navarro-Salas (2005). Chapter 1: Introduction. Modeling black hole evaporation. Imperial College Press. ISBN .
- From (Kirchhoff, 1860) (Annalen der Physik und Chemie), p. 277: "Der Beweis, welcher für die ausgesprochene Behauptung hier gegeben werden soll, … vollkommen schwarze, oder kürzer schwarze, nennen." (The proof, which shall be given here for the proposition stated [above], rests on the assumption that bodies are conceivable which in the case of infinitely small thicknesses, completely absorb all rays that fall on them, thus [they] neither reflect nor transmit rays. I will call such bodies "completely black [bodies]" or more briefly "black [bodies]".) See also (Kirchhoff, 1860) (Philosophical Magazine), p. 2.
- Gannon, Megan (21 грудня 2012). New 'Baby Picture' of Universe Unveiled. . Процитовано 21 грудня 2012.
- Bennett, C.L.; Larson, L.; Weiland, J.L.; Jarosk, N.; Hinshaw, N.; Odegard, N.; Smith, K.M.; Hill, R.S.; Gold, B. (20 грудня 2012). Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results. The Astrophysical Journal Supplement Series. 1212 (2): 5225. arXiv:1212.5225. Bibcode:2013ApJS..208...20B. doi:10.1088/0067-0049/208/2/20.
- Dustin. How Do Blacksmiths Measure The Temperature Of Their Forge And Steel?. Blacksmith U.
- Tomokazu Kogure; Kam-Ching Leung (2007). §2.3: Thermodynamic equilibrium and blackbody radiation. The astrophysics of emission-line stars. Springer. с. 41. ISBN .
- Wien, W. (1893). Eine neue Beziehung der Strahlung schwarzer Körper zum zweiten Hauptsatz der Wärmetheorie, Sitzungberichte der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), 1893, 1: 55–62.
- Lummer, O., Pringsheim, E. (1899). Die Vertheilung der Energie im Spectrum des schwarzen Körpers, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gessellschaft (Leipzig), 1899, 1: 23–41.
- Planck, 1914
- (1847). On the production of light by heat, London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, series 3, 30: 345–360.
- Partington, 1949.
- Goody та Yung, 1989
Бібліографія
- (1950). Radiative Transfer. Oxford University Press.
- Goody, R. M.; (1989). Atmospheric Radiation: Theoretical Basis (вид. 2nd). Oxford University Press. ISBN .
- (1971). The Genesis of Quantum Theory. Nash, C.W. (transl.). MIT Press. ISBN . a translation of Frühgeschichte der Quantentheorie (1899–1913), Physik Verlag, Mosbach/Baden.
- ; [27 October 1859] (1860a). Über die Fraunhofer'schen Linien [On Fraunhofer's lines]. : 662—665.
- ; [11 December 1859] (1860b). Über den Zusammenhang zwischen Emission und Absorption von Licht und Wärme [On the relation between emission and absorption of light and heat]. : 783—787.
- (1860c). Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme and Licht [On the relation between bodies' emission capacity and absorption capacity for heat and light]. . 109 (2): 275—301. Bibcode:1860AnP...185..275K. doi:10.1002/andp.18601850205. Translated by Guthrie, F. as Kirchhoff, G. (1860). On the relation between the radiating and absorbing powers of different bodies for light and heat. Philosophical Magazine. Series 4, volume 20: 1—21.
- (1882) [1862], Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht, Gessamelte Abhandlungen, Leipzig: Johann Ambrosius Barth, с. 571—598
- ; (1998). Modern Thermodynamics. From Heat Engines to Dissipative Structures. . ISBN .
- (1999). Quantum Generations: a History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. ISBN .
- (1978). Black–Body Theory and the Quantum Discontinuity. Oxford University Press. ISBN .
- Landsberg, P. T. (1990). Thermodynamics and statistical mechanics (вид. Reprint). . ISBN .
- (1991). Statistical Physics: A Probabilistic Approach. . с. 41–42. ISBN .
- (2000) [1973]. The Quantum Theory of Light (вид. third). Cambridge University Press. ISBN .
- ; (1995). Optical Coherence and Quantum Optics. Cambridge University Press. ISBN .
- ; (1982). The Historical Development of Quantum Theory. Т. 1, part 1. Springer-Verlag. ISBN .
- ; Weibel-Mihalas, B. (1984). Foundations of Radiation Hydrodynamics. Oxford University Press. ISBN .
- (1930). Thermodynamics of the Stars. . 3, part 1: 63—255.
- Müller-Kirsten, Harald J.W. (2013). Basics of Statistical Physics (вид. 2nd). World Scientific. ISBN .
- (1949). An Advanced Treatise on Physical Chemistry. Volume 1. Fundamental Principles. The Properties of Gases. Longmans, Green and Co.
- (1914) [1912]. The Theory of Heat Radiation. translated by Masius, M.
- Rybicki, G. B.; (1979). Radiative Processes in Astrophysics. . ISBN .
- (2001). Experimenting theory: the proofs of Kirchhoff's radiation law before and after Planck. .
- Siegel, D.M. (1976). Balfour Stewart and Gustav Robert Kirchhoff: two independent approaches to "Kirchhoff's radiation law". . 67 (4): 565—600. doi:10.1086/351669. PMID 794025. S2CID 37368520.
- (1858). An account of some experiments on radiant heat. . 22: 1—20. doi:10.1017/S0080456800031288. S2CID 122316368.
- (1894). Temperatur und Entropie der Strahlung [Temperature and entropy of radiation]. Annalen der Physik. 288 (5): 132—165. Bibcode:1894AnP...288..132W. doi:10.1002/andp.18942880511.
Література
Посилання
- Випромінювання чорного тіла JavaScript Interactives Випромінювання чорного тіла від Fu-Kwun Hwang та Loo Kang Wee
- Розрахунок випромінювання чорного тіла Інтерактивний калькулятор з ефектом Доплера. Включає більшість систем одиниць.
- Демонстрація кольору до температури на Academo.org
- Механізми охолодження людського тіла – з гіперфізики
- Аплет Blackbody Emission Archived </link>
- «Спектр чорного тіла» Джеффа Брайанта, демонстраційний проект Wolfram, 2007.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Viprominyuvannya chornogo tila teplove elektromagnitne viprominyuvannya vseredini abo navkolo tila sho perebuvaye v termodinamichnij rivnovazi z navkolishnim seredovishem yake viprominyuye chorne tilo idealizovane neprozore tilo sho ne vidbivaye svitlo Maye pevnij bezperervnij spektr dovzhin hvil oberneno pov yazanij z intensivnistyu yakij zalezhit lishe vid temperaturi tila yaka dlya rozrahunkiv i teoriyi vvazhayetsya odnoridnoyu ta postijnoyu Zi znizhennyam temperaturi chornogo tila intensivnist vipuskayuchogo teplovogo viprominyuvannya zmenshuyetsya a jogo maksimum peremishuyetsya v bilsh dovzhinu hvili Dlya porivnyannya pokazano klasichnij zakon Releya Dzhinsa ta jogo ultrafioletovu katastrofu Idealno izolovanij korpus yakij perebuvaye v teplovij rivnovazi mistit viprominyuvannya absolyutno chornogo tila i viprominyuye jogo cherez otvir zroblenij u jogo stinci za umovi sho otvir dosit malij shob mati neznachnij vpliv na rivnovagu Teplove viprominyuvannya sho spontanno viprominyuyetsya bagatma zvichajnimi ob yektami mozhna nablizheno vvazhati viprominyuvannyam chornogo tila Osoblivo vazhlivo hocha planeti ta zirki vklyuchayuchi Zemlyu ta Sonce ne perebuvayut ni v teplovij rivnovazi z navkolishnim seredovishem ni idealno chornimi tilami viprominyuvannya chornogo tila vse she ye horoshim pershim nablizhennyam dlya energiyi yaku voni viprominyuyut Takim chinom sonyachne viprominyuvannya yake filtruyetsya zemnoyu atmosferoyu harakterizuye denne svitlo yake lyudi takozh bilshist inshih tvarin evolyucionuvali dlya vikoristannya dlya zoru Chorne tilo pri kimnatnij temperaturi 23 C 296 K 73 F viprominyuye perevazhno v infrachervonomu spektri yakij ne sprijmayetsya lyudskim okom ale mozhe vidchuvatisya deyakimi reptiliyami Koli temperatura ob yekta zrostaye priblizno do 500 C 773 K 932 F spektr viprominyuvannya staye silnishim i poshiryuyetsya na oblast zoru lyudini a ob yekt viglyadaye tmyano chervonim U miru podalshogo pidvishennya temperaturi vin viprominyuye vse bilshe pomaranchevogo zhovtogo zelenogo ta sinogo svitla i zreshtoyu ponad fioletove ultrafioletove Lampi z volframovoyu nitkoyu mayut bezperervnij spektr chornogo tila z holodnishoyu kolirnoyu temperaturoyu blizko 2 700 K 2 430 C 4 400 F yakij takozh viprominyuye znachnu energiyu v infrachervonomu diapazoni Suchasni lyuminescentni ta svitlodiodni lampi yaki ye bilsh efektivnimi ne mayut bezperervnogo spektru viprominyuvannya chornogo tila a viprominyuyut bezposeredno abo vikoristovuyut kombinaciyi lyuminoforiv yaki viprominyuyut kilka vuzkih spektriv Chorni diri ye majzhe idealnimi chornimi tilami v tomu sensi sho voni poglinayut use viprominyuvannya yake na nih padaye Bulo pripusheno sho voni viprominyuyut viprominyuvannya chornogo tila tak zvane viprominyuvannya Hokinga z temperaturoyu yaka zalezhit vid masi chornoyi diri Termin chorne tilo buv vvedenij Gustavom Kirhgofom u 1860 roci Viprominyuvannya chornogo tila takozh nazivayut teplovim viprominyuvannyam viprominyuvannyam porozhnini povnim viprominyuvannyam abo temperaturnim viprominyuvannyam TeoriyaKolir chornogo tila vid 800 K do 12200 K Cej diapazon koloriv nablizhayetsya do diapazonu koloriv zirok riznih temperatur yaki vidno abo fotografuyutsya na nichnomu nebi 9 richne zobrazhennya WMAP 2012 kosmichnogo mikrohvilovogo fonovogo viprominyuvannya u Vsesviti Kovali ocinyuyut temperaturu zagotovki za kolorom svitinnya Cya kovalska kolorova karta zakinchuyetsya temperaturoyu plavlennya stali Spektr Viprominyuvannya chornogo tila maye harakternij bezperervnij chastotnij spektr yakij zalezhit lishe vid temperaturi tila i nazivayetsya spektrom Planka abo zakonom Planka Spektr maye pik na harakternij chastoti yaka zmishuyetsya do vishih chastot iz pidvishennyam temperaturi a pri kimnatnij temperaturi bilsha chastina viprominyuvannya pripadaye na infrachervonu oblast elektromagnitnogo spektru Koli temperatura pidvishuyetsya ponad 500 gradusiv za Celsiyem chorni tila pochinayut viprominyuvati znachnu kilkist vidimogo svitla Koli lyudske oko divitsya v temryavi pershe slabke svitinnya viglyadaye yak primarnij sirij kolir vidime svitlo naspravdi chervone ale svitlo nizkoyi intensivnosti aktivuye lishe datchiki rivnya sirogo oka Z pidvishennyam temperaturi svitinnya staye vidimim navit yaksho ye fonove osvitlennya spochatku u viglyadi tmyano chervonogo potim zhovtogo i zreshtoyu slipucho blakitno bilogo koli temperatura pidvishuyetsya Koli tilo viglyadaye bilim vono viprominyuye znachnu chastinu svoyeyi energiyi u viglyadi ultrafioletovogo viprominyuvannya Sonce z efektivnoyu temperaturoyu priblizno 5800 K ye priblizno chornim tilom iz pikom spektra viprominyuvannya v centralnij zhovto zelenij chastini vidimogo spektra ale takozh iz znachnoyu potuzhnistyu v ultrafioleti PrimitkiLoudon 2000 Chapter 1 Mandel ta Wolf 1995 Chapter 13 Kondepudi ta Prigogine 1998 Chapter 11 Landsberg 1990 Chapter 13 Ian Morison 2008 Introduction to Astronomy and Cosmology J Wiley amp Sons s 48 ISBN 978 0 470 03333 3 1949 p 466 Alessandro Fabbri Jose Navarro Salas 2005 Chapter 1 Introduction Modeling black hole evaporation Imperial College Press ISBN 1 86094 527 9 From Kirchhoff 1860 Annalen der Physik und Chemie p 277 Der Beweis welcher fur die ausgesprochene Behauptung hier gegeben werden soll vollkommen schwarze oder kurzerschwarze nennen The proof which shall be given here for the proposition stated above rests on the assumption that bodies are conceivable which in the case of infinitely small thicknesses completely absorb all rays that fall on them thus they neither reflect nor transmit rays I will call such bodies completely black bodies or more briefly black bodies See also Kirchhoff 1860 Philosophical Magazine p 2 Gannon Megan 21 grudnya 2012 New Baby Picture of Universe Unveiled Procitovano 21 grudnya 2012 Bennett C L Larson L Weiland J L Jarosk N Hinshaw N Odegard N Smith K M Hill R S Gold B 20 grudnya 2012 Nine Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe WMAP Observations Final Maps and Results The Astrophysical Journal Supplement Series 1212 2 5225 arXiv 1212 5225 Bibcode 2013ApJS 208 20B doi 10 1088 0067 0049 208 2 20 Dustin How Do Blacksmiths Measure The Temperature Of Their Forge And Steel Blacksmith U Tomokazu Kogure Kam Ching Leung 2007 2 3 Thermodynamic equilibrium and blackbody radiation The astrophysics of emission line stars Springer s 41 ISBN 978 0 387 34500 0 Wien W 1893 Eine neue Beziehung der Strahlung schwarzer Korper zum zweiten Hauptsatz der Warmetheorie Sitzungberichte der Koniglich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin 1893 1 55 62 Lummer O Pringsheim E 1899 Die Vertheilung der Energie im Spectrum des schwarzen Korpers Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gessellschaft Leipzig 1899 1 23 41 Planck 1914 1847 On the production of light by heat London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science series 3 30 345 360 Partington 1949 Goody ta Yung 1989Bibliografiya 1950 Radiative Transfer Oxford University Press Goody R M 1989 Atmospheric Radiation Theoretical Basis vid 2nd Oxford University Press ISBN 978 0 19 510291 8 1971 The Genesis of Quantum Theory Nash C W transl MIT Press ISBN 0 262 08047 8 a translation of Fruhgeschichte der Quantentheorie 1899 1913 Physik Verlag Mosbach Baden 27 October 1859 1860a Uber die Fraunhofer schen Linien On Fraunhofer s lines 662 665 11 December 1859 1860b Uber den Zusammenhang zwischen Emission und Absorption von Licht und Warme On the relation between emission and absorption of light and heat 783 787 1860c Ueber das Verhaltniss zwischen dem Emissionsvermogen und dem Absorptionsvermogen der Korper fur Warme and Licht On the relation between bodies emission capacity and absorption capacity for heat and light 109 2 275 301 Bibcode 1860AnP 185 275K doi 10 1002 andp 18601850205 Translated by Guthrie F as Kirchhoff G 1860 On the relation between the radiating and absorbing powers of different bodies for light and heat Philosophical Magazine Series 4 volume 20 1 21 1882 1862 Ueber das Verhaltniss zwischen dem Emissionsvermogen und dem Absorptionsvermogen der Korper fur Warme und Licht Gessamelte Abhandlungen Leipzig Johann Ambrosius Barth s 571 598 1998 Modern Thermodynamics From Heat Engines to Dissipative Structures John Wiley amp Sons ISBN 0 471 97393 9 1999 Quantum Generations a History of Physics in the Twentieth Century Princeton University Press ISBN 0 691 01206 7 1978 Black Body Theory and the Quantum Discontinuity Oxford University Press ISBN 0 19 502383 8 Landsberg P T 1990 Thermodynamics and statistical mechanics vid Reprint ISBN 0 486 66493 7 1991 Statistical Physics A Probabilistic Approach John Wiley amp Sons s 41 42 ISBN 978 0 471 54607 8 2000 1973 The Quantum Theory of Light vid third Cambridge University Press ISBN 0 19 850177 3 1995 Optical Coherence and Quantum Optics Cambridge University Press ISBN 0 521 41711 2 1982 The Historical Development of Quantum Theory T 1 part 1 Springer Verlag ISBN 0 387 90642 8 Weibel Mihalas B 1984 Foundations of Radiation Hydrodynamics Oxford University Press ISBN 0 19 503437 6 1930 Thermodynamics of the Stars 3 part 1 63 255 Muller Kirsten Harald J W 2013 Basics of Statistical Physics vid 2nd World Scientific ISBN 978 981 4449 53 3 1949 An Advanced Treatise on Physical Chemistry Volume 1 Fundamental Principles The Properties of Gases Longmans Green and Co 1914 1912 The Theory of Heat Radiation translated by Masius M Rybicki G B 1979 Radiative Processes in Astrophysics John Wiley amp Sons ISBN 0 471 82759 2 2001 Experimenting theory the proofs of Kirchhoff s radiation law before and after Planck Siegel D M 1976 Balfour Stewart and Gustav Robert Kirchhoff two independent approaches to Kirchhoff s radiation law 67 4 565 600 doi 10 1086 351669 PMID 794025 S2CID 37368520 1858 An account of some experiments on radiant heat 22 1 20 doi 10 1017 S0080456800031288 S2CID 122316368 1894 Temperatur und Entropie der Strahlung Temperature and entropy of radiation Annalen der Physik 288 5 132 165 Bibcode 1894AnP 288 132W doi 10 1002 andp 18942880511 LiteraturaKroemer Herbert Kittel Charles 1980 Thermal Physics vid 2nd W H Freeman Company ISBN 0 7167 1088 9 Tipler Paul Llewellyn Ralph 2002 Modern Physics vid 4th W H Freeman ISBN 0 7167 4345 0 PosilannyaViprominyuvannya chornogo tila JavaScript Interactives Viprominyuvannya chornogo tila vid Fu Kwun Hwang ta Loo Kang Wee Rozrahunok viprominyuvannya chornogo tila Interaktivnij kalkulyator z efektom Doplera Vklyuchaye bilshist sistem odinic Demonstraciya koloru do temperaturi na Academo org Mehanizmi oholodzhennya lyudskogo tila z giperfiziki Aplet Blackbody Emission Archived lt link gt Spektr chornogo tila Dzheffa Brajanta demonstracijnij proekt Wolfram 2007