Mükemmel siyah cisim ve radyasyonu

Mükemmel siyah cisim ve radyasyonu
Mükemmel siyah cisim ve radyasyonu
Anonim

Kesinlikle siyah cisim böyle denir çünkü hem görünür spektrumda hem de ötesinde üzerine (veya daha doğrusu içine) düşen tüm radyasyonu emer. Ancak vücut ısınmazsa, enerji yeniden yayılır. Tamamen siyah bir cisim tarafından yayılan bu radyasyon özellikle ilgi çekicidir. Özelliklerini incelemeye yönelik ilk girişimler, modelin kendisinin ortaya çıkmasından önce bile yapıldı.

19. yüzyılın başlarında, John Leslie çeşitli maddelerle deneyler yaptı. Görünüşe göre, siyah kurum sadece üzerine düşen tüm görünür ışığı emmekle kalmaz. Kızılötesi aralıkta diğer, daha hafif maddelerden çok daha güçlü yayıldı. Çeşitli özelliklerde diğer tüm tiplerden farklı olan termal radyasyondu. Tamamen siyah bir cismin radyasyonu dengedir, homojendir, enerji transferi olmadan gerçekleşir ve sadece vücudun sıcaklığına bağlıdır.

tamamen siyah gövde
tamamen siyah gövde

Cismin sıcaklığı yeterince yüksek olduğunda, termal radyasyon görünür hale gelir ve ardından kesinlikle siyah da dahil olmak üzere herhangi bir cisim renk kazanır.

Yalnızca belirli bir tür enerji yayan böylesine eşsiz bir nesne, dikkat çekmeden edemedi. Termal radyasyondan bahsettiğimiz için, spektrumun nasıl görünmesi gerektiğine dair ilk formüller ve teoriler termodinamik çerçevesinde önerildi. Klasik termodinamik, belirli bir sıcaklıkta maksimum radyasyonun hangi dalga boyunda olması gerektiğini, hangi yönde ve ısıtıldığında ve soğutulduğunda ne kadar değişeceğini belirleyebiliyordu. Ancak tüm dalga boylarında ve özellikle ultraviyole aralığında kara cisim tayfındaki enerji dağılımının ne olduğunu tahmin etmek mümkün değildi.

siyah vücut radyasyonu
siyah vücut radyasyonu

Klasik termodinamiğe göre, enerji keyfi olarak küçük olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir kısımda yayılabilir. Ancak kesinlikle siyah bir cismin kısa dalga boylarında ışıması için, bazı parçacıklarının enerjisi çok büyük olmalıdır ve ultra kısa dalgalar bölgesinde sonsuza gidecektir. Gerçekte, bu imkansız, denklemlerde sonsuzluk ortaya çıktı ve ultraviyole felaketi olarak adlandırıldı. Sadece Planck'ın enerjinin ayrık kısımlarda -kuanta- yayılabileceği teorisi bu zorluğun çözülmesine yardımcı oldu. Günümüzün termodinamiği denklemleri, kuantum fiziği denklemlerinin özel durumlarıdır.

siyah bir cismin spektrumunda enerji dağılımı
siyah bir cismin spektrumunda enerji dağılımı

Başlangıçta, tamamen siyah bir gövde, dar bir açıklığa sahip bir boşluk olarak temsil edildi. Dışarıdan gelen radyasyon böyle bir boşluğa girer ve duvarlar tarafından emilir. Radyasyon spektrumunda,kesinlikle siyah bir gövdeye sahip olmalıdır, bu durumda mağara girişinden, kuyunun açılmasından, güneşli bir günde karanlık odaya pencereden vb. radyasyon spektrumu benzerdir. Ama hepsinden önemlisi, Evrenin ve Güneş de dahil olmak üzere yıldızların kozmik arka plan radyasyonunun spektrumları onunla çakışıyor.

Bir nesnede farklı enerjilere sahip parçacıklar ne kadar fazlaysa, radyasyonunun o kadar güçlü siyah bir cisme benzeyeceğini söylemek güvenlidir. Siyah bir cismin spektrumundaki enerji dağılım eğrisi, etkileşimler sırasında aktarılan enerjinin ayrık olduğu tek düzeltmeyle, bu parçacıkların sistemindeki istatistiksel kalıpları yansıtır.

Önerilen: