Gorputz Beltzearen Eradiak: Definizioa, Ezaugarriak eta Aplikazioak

Gorputz teorikoa da gorputz beltza, harrasketa eta eragile erradiometriko ideala da.

Zer da Gorputz Beltza?

Gorputz beltza harrasketa eta eragile erradiometriko idealaren kontzeptua da.

Ez dago objektu erreala perfektu gorputz beltza, baina zenbait objektu balioztatu dezakete kondizio batetan. Adibidez, zulo txiki bat duen kavitatea gorputz beltza bezala funtzionatu dezake, zuloan sartzen den erradiazioa kavitateko hormek hartzen dutelako. Zuloak ematen duen erradiazioa gorputz beltza baten karakteristikoak dira.

Gorputz beltzak ez ditu erradiaziorik birreflektitzen edo transmititzen; bakarrik ondorioztatzen eta emititzen du. Beraz, gorputz beltzak gorria dela eta ez ditu luzera ulertzeko erradiaziorik ematen. Hala ere, gorputz beltzaren tenperatura handitu ahala, erradiaziorik ematen du gehiago eta spektrua luzera laburragoetara mugitzen da. Tenperatura altuetan, gorputz beltzak erradiazio ikusgarriak ematen dizkie eta gorria, oranjea, horia, zuria edo urdina agertzen da tenperaturaren arabera.

Gorputz Beltzaren Erradiazioaren Ezaugarriak

Gorputz beltzaren erradiazioaren spektrua jarraitzailea da eta gorputz beltzaren tenperaturarekin bakarrik datorrela. Spektrua bi lege garrantzitsuenak deskribatzen ditu: Wien-en legea eta Stefan-Boltzmann-en legea.

Wien-en Legea

Wien-en legeak esaten du gorputz beltzaren erradiazioaren intensitatea maximotik datorren luzera ulertzkoa gorputz beltzaren tenperaturarekin alderantzikotasun proportzionala dela. Matematikoki, hau adieraz daiteke:

non λmax puntu nagusiko luzera ulertzkoa den, T gorputz beltzaren tenperatura absolutua, eta b Wien-en konstante desplazamendu bat, 2.898×10−3 m K balioa duena.

Wien-en legeak azaldu egiten du gorputz beltzaren koloreak nola aldatzen diren tenperaturaren arabera.

Tenperatura handitu ahala, puntu nagusiko luzera ulertzkoa txikitzen da, eta spektrua luzera laburragoetara mugitzen da. Adibidez, gela-tenperaturan (hona hemen 300 K), gorputz beltzak oso gehienak infragerriro erradiazioa ematen du, puntu nagusiko luzera ulertzkoa 10 μm inguru izanik. 1000 K-n, gorputz beltzak oso gehienak gorria ematen du, puntu nagusiko luzera ulertzkoa 3 μm inguru izanik. 6000 K-n, gorputz beltzak oso gehienak zuriro erradiazioa ematen du, puntu nagusiko luzera ulertzkoa 0.5 μm inguru izanik.

Stefan-Boltzmann-en Legea

Stefan-Boltzmann-en legeak esaten du gorputz beltzak unitate area bakoitzeko ematen duen indar guztia gorputz beltzaren tenperatura absolutuaren laugarren berrean proportzionala dela.

Matematikoki, hau adieraz daiteke:

non Me unitate area bakoitzeko indar osoa (edo emisio-indarra edo erradiante exitance) den, T gorputz beltzaren tenperatura absolutua, eta σ Stefan-Boltzmann-en konstantea, 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$ balioa duena.

Stefan-Boltzmann-en legeak azaldu egiten du gorputz beltzak nola erradiazio gehiago ematen duen tenperatura handitu ahala. Adibidez, gorputz beltzaren tenperatura bikoiztu bada, emisio-indarra 16 aldiz handitzen da.

Gorputz Beltzaren Erradiazioaren Aplikazioak

Gorputz beltzaren erradiazioak aplikazio ugari ditu zientzia eta teknologiaren arlo desberdin askotan. Adibide batzuk hauek dira:

• Astronomian, izarak gorputz beltz gisa hurbiltzea ahalbidetu dezake, eta tenperaturak bere spektrotik Wien-en legearen bidez estimatu daitezke.

   

• Adibidez, eguzkiak tenperatura efektiboa 5800 K du, eta oso gehienak ikusgarriro erradiazioa ematen du, puntu nagusiko luzera ulertzkoa 0.5 μm izanik.

• Ingeniaritzan, termografikoak infragerriro kameralak erabiltzen dituzte objektuen tenperaturaren arabera ematen duten erradiazioa detektatzeko Stefan-Boltzmann-en legearen bidez.

   

• Termografikoak segurtasunean, sorbaldetan, sukaldean, diagnostiko medikuan eta beste helburuetan erabil daitezke.

• Fisikan, gorputz beltzaren erradiazioa XX. mendeko hasieran quantiko teoria garatzeko fenomeno bat izan zen.

   

• Fisika klasikoa ezin zuen gorputz beltzaren erradiazioaren spektrua Rayleigh-Jeans-en legearekin bat etortzea ulertzeko, frekuentzi handietan eta ultravioleta katasstrofe infinitua sortzeko. Max Planck proposatu zuen energia quantizatuta eta diskretu unitateetan, quanta edo fotonei eman zituen izena. Planck-en legeak gorputz beltzaren erradiazioaren spektrua quantiko teoriaren bidez deskribatzen du.

Laburpena

• Gorputz beltza harrasketa eta eragile erradiometriko ideal bat da, gorputz beltzaren tenperaturarekin bakarrik datorrela.

• Gorputz beltzaren erradiazioa gorputz beltzak bere ingurunearekin termodinamikoki orekatuta dagoenean ematen duen erradiazio termiko da.

• Wien-en legeak esaten du gorputz beltzaren erradiazioaren puntu nagusiko luzera ulertzkoa gorputz beltzaren tenperaturarekin alderantzikotasun proportzionala dela.

• Stefan-Boltzmann-en legeak esaten du gorputz beltzak unitate area bakoitzeko ematen duen indar osoa gorputz beltzaren tenperaturaren laugarren berrean proportzionala dela.

• Gorputz beltzaren erradiazioak aplikazio ugari ditu fisikan, astronomian, ingeniaritzan eta beste arlotan.

Erakuspena: Ondorioztatu jarduerak, artikulu onak partekatzeko balio dituzte, baldin eta eskubideen kalterik badago kontaktatzeko ezabatzeko.