Սև جسمի ռադիացիան. Սահմանում, характеристիկա և կիրառություններ
Սև մարմինը սահմանվում է որպես կատարյալ օբյեկտ, որը շուրջառու է բոլոր էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը և շուրջառու է ճառագայթում անընդհատ սպեկտրով, որը կախված է միայն իր ջերմաստիճանից։ Սև մարմնի ճառագայթումը սև մարմնի ջերմաստիճանային հավասարակշռության մեջ շուրջառու է ջերմային ճառագայթում։ Սև մարմնի ճառագայթումը ունի շատ կիրառություններ ֆիզիկայում, աստղագիտությունում, ճարտարագիտության և այլ ոլորտներում։
Ինչ է սև մարմինը?
Սև մարմինը տեսական գաղափար է, որը ներկայացնում է ճառագայթման կատարյալ շուրջառու և շուրջառու։
Ոչ մի իրական օբյեկտ չէ կատարյալ սև մարմին, բայց որոշ օբյեկտներ կարող են մոտավորել սև մարմինը որոշակի պայմաններում։ Օրինակ, փոքր խորանար պարունակող սիրունքը կարող է գործում որպես սև մարմին, քանի որ համարժեք ճառագայթումը որ մտնում է խորանարում ստիպված է մնալ ներսում և շարունակաբար շուրջառու ընկալվում է սիրունքի ստեղների կողմից։ Սիրունքից շուրջառված ճառագայթումը դառնում է սև մարմնի ստանդարտ։
Սև մարմինը չի շուրջառու և չի տարածում որևէ ճառագայթում, այն միայն շուրջառու է և շուրջառու է ճառագայթում։ Այսպիսով, սև մարմինը սև է երբ նրա ջերմաստիճանը ցածր է և չի շուրջառու ոչ մի արտահայտական լույս։ Այնուամենայնիվ, երբ սև մարմնի ջերմաստիճանը ավելանում է, այն շուրջառու է ավելի շատ ճառագայթում և իր սպեկտրը շարժվում է կարճ ալիքային երկարությունների ուղղությամբ։ Բարձր ջերմաստիճաններում սև մարմինը կարող է շուրջառու լույս և դիտվել կարմիր, նարնջագույն, դեղին, սպիտակ կամ կապույտ կախված իր ջերմաստիճանից։
Սև մարմնի ճառագայթման հատկությունները
Սև մարմնի ճառագայթման սպեկտրը անընդհատ է և կախված է միայն սև մարմնի ջերմաստիճանից։ Սպեկտրը կարող է նկարագրվել երկու կարևոր օրենքներով՝ Վինի տեղաշարժման օրենքով և Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքով։
Վինի տեղաշարժման օրենք
Վինի տեղաշարժման օրենքը պնդում է, որ սև մարմնի ճառագայթման ինտենսիվությունը առավելագույն է այն ալիքային երկարության դեպքում, որը հակադարձ համեմատական է սև մարմնի ջերմաստիճանին։ Մաթեմատիկորեն դա կարող է արտահայտվել այսպես.
որտեղ λmax առավելագույն ալիքային երկարությունն է, T սև մարմնի աբսոլյուտ ջերմաստիճանն է, իսկ b-ն Վինի տեղաշարժման հաստատունն է, որը ունի 2.898×10−3 m K արժեքը։
Վինի տեղաշարժման օրենքը բացատրում է, որում պատճառով սև մարմնի գույնը փոխվում է ջերմաստիճանի հետ։
Երբ ջերմաստիճանը ավելանում է, առավելագույն ալիքային երկարությունը կրճատվում է, և սպեկտրը շարժվում է կարճ ալիքային երկարությունների ուղղությամբ։ Օրինակ, սենյակային ջերմաստիճանում (մոտ 300 K) սև մարմինը շուրջառու է գլխավորապես ինֆրակարմիր ճառագայթում և առավելագույն ալիքային երկարությունը մոտ 10 μm է։ 1000 K ջերմաստիճանում սև մարմինը շուրջառու է գլխավորապես կարմիր լույս և առավելագույն ալիքային երկարությունը մոտ 3 μm է։ 6000 K ջերմաստիճանում սև մարմինը շուրջառու է գլխավորապես սպիտակ լույս և առավելագույն ալիքային երկարությունը մոտ 0.5 μm է։
Ստեֆան-Բոլցմանի օրենք
Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը պնդում է, որ սև մարմնի կողմից շուրջառված ընդհանուր հզորությունը միավոր մակերեսով համեմատական է իր աբսոլյուտ ջերմաստիճանի չորրորդ աստիճանին։
Մաթեմատիկորեն դա կարող է արտահայտվել այսպես.
որտեղ Me ընդհանուր հզորությունն է միավոր մակերեսով (նաև հայտնի է որպես շուրջառու հզորություն կամ ճառագայթային ելք), T սև մարմնի աբսոլյուտ ջերմաստիճանն է, իսկ σ Ստեֆան-Բոլցմանի հաստատունն է, որը ունի 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$ արժեքը։
Ստեֆան-Բոլցմանի օրենքը բացատրում է, որ սև մարմինը շուրջառու է ավելի շատ ճառագայթում, երբ իր ջերմաստիճանը ավելանում է։ Օրինակ, եթե սև մարմնի ջերմաստիճանը կրկնապատկվում է, իր շուրջառու հզորությունը 16 անգամ ավելանում է։
Սև մարմնի ճառագայթման կիրառությունները
Սև մարմնի ճառագայթումը ունի շատ կիրառություններ գիտության և տեխնոլոգիայի տարբեր ոլորտներում։ Հետևյալն են որոշ օրինակները.
