Perfekte swart liggaam - 'n probleem van Newtonse fisika

INHOUDSOPGAWE:

Perfekte swart liggaam - 'n probleem van Newtonse fisika
Perfekte swart liggaam - 'n probleem van Newtonse fisika
Anonim

Absoluut swart liggaam is 'n geestelike fisiese geïdealiseerde voorwerp. Interessant genoeg hoef dit glad nie swart te wees nie. Dit is anders hier.

heeltemal swart lyf
heeltemal swart lyf

Albedo

Ons onthou almal (of moes ten minste onthou het) van die skoolfisikakursus dat die konsep van "albedo" die vermoë van die oppervlak van 'n liggaam impliseer om lig te reflekteer. So byvoorbeeld kan die sneeubedekkings van die yskappe van ons planeet tot 90% van die sonlig wat op hulle val, weerkaats. Dit beteken dat hulle gekenmerk word deur hoë albedo. Dit is nie verbasend dat werknemers van poolstasies dikwels gedwing word om met 'n sonbril te werk nie. Om na suiwer sneeu te kyk is immers amper dieselfde as om met die blote oog na die Son te kyk. In hierdie verband het Saturnus se maan Enceladus, wat feitlik geheel en al uit waterys saamgestel is, 'n rekordweerkaatsing in die hele sonnestelsel, het 'n wit kleur en weerkaats byna al die straling wat op sy oppervlak val. Aan die ander kant het 'n stof soos roet 'n albedo van minder as 1%. Dit wil sê, dit absorbeer ongeveer 99% van elektromagnetiese straling.

verspreiding van energie in die spektrum van 'n swart liggaam
verspreiding van energie in die spektrum van 'n swart liggaam

Suiwer swart liggaamsbeskrywing

Hier kom ons by die belangrikste ding. Die leser het sekerlik geraai dat 'n absoluut swart liggaam 'n voorwerp is waarvan die oppervlak in staat is om absoluut al die straling wat daarop val te absorbeer. Terselfdertyd beteken dit glad nie dat so 'n voorwerp onsigbaar sal wees en in beginsel nie lig kan uitstraal nie. Nee, moenie dit met 'n swart gat verwar nie. Dit kan kleur hê en selfs baie sigbaar wees, maar die bestraling van 'n swart liggaam sal altyd deur sy eie temperatuur bepaal word, nie deur weerkaatste lig nie. Terloops, dit neem nie net die spektrum wat vir die menslike oog sigbaar is in ag nie, maar ook ultraviolet, infrarooi straling, radiogolwe, x-strale, gammastraling, ensovoorts. Soos reeds genoem, bestaan 'n heeltemal swart liggaam nie in die natuur nie. Sy kenmerke in ons sterrestelsel kom egter die beste ooreen met die Son, wat lig uitstraal, maar amper nie weerkaats nie (van ander sterre af kom).

Laboratorium-idealisering

Pogings om voorwerpe uit te bring wat glad nie lig weerkaats nie, is sedert die einde van die 19de eeu gemaak. Eintlik het hierdie probleem een van die voorvereistes geword vir die ontstaan van kwantummeganika. Eerstens is dit belangrik om daarop te let dat enige foton (of enige ander deeltjie van elektromagnetiese straling) wat deur 'n atoom geabsorbeer word, onmiddellik deur 'n naburige atoom uitgestraal en geabsorbeer word, en weer uitgestraal word. Hierdie proses sal voortduur totdat die toestand van ewewigversadiging in die liggaam bereik is. Wanneer 'n swart liggaam egter tot so 'n toestand van ewewig verhit word, word die intensiteit van die lig wat daardeur uitgestraal word gelyk aan die intensiteit van die geabsorbeerde lig.

swart liggaam bestraling
swart liggaam bestraling

In die wetenskaplike gemeenskap van fisici ontstaan die probleem wanneer probeer word om te bereken wat hierdie stralingsenergie behoort te wees, wat in ewewig in 'n swart liggaam gestoor word. En hier kom die wonderlike oomblik. Die verspreiding van energie in die spektrum van 'n heeltemal swart liggaam in 'n toestand van ewewig beteken die letterlike oneindigheid van die stralingsenergie daarin. Hierdie probleem is die ultraviolet-katastrofe genoem.

Planck se oplossing

Die eerste wat 'n aanvaarbare oplossing vir hierdie probleem gevind het, was die Duitse fisikus Max Planck. Hy het voorgestel dat enige straling nie voortdurend deur atome geabsorbeer word nie, maar diskreet. Dit wil sê in porsies. Later is sulke gedeeltes fotone genoem. Boonop kan radiomagnetiese golwe slegs by sekere frekwensies deur atome geabsorbeer word. Ongeskikte frekwensies gaan eenvoudig verby, wat die vraag oor die oneindige energie van die nodige vergelyking oplos.

Aanbeveel: