შავი სხეულის გამოსხივება: განმარტება ქარაქტერისტიკები და გამოყენება

შავი სხეული განიხილება როგორც იდეალური ობიექტი, რომელიც აბსორბირებს ყველა ელექტრომაგნიტურ გამოცხადებას, რომელიც წარმოქმნის მასზე და გამოსცემს გამოცხადებას კონტინუალური სპექტრით, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ მის ტემპერატურაზე. შავი სხეულის გამოცხადება არის ტერმინალური გამოცხადება, რომელსაც შავი სხეული გამოსცემს თერმოდინამიკური ბალანსის მდგომარეობაში მის გარშემო მყოფი გარემოთ. შავი სხეულის გამოცხადებას აქვს მრავალი გამოყენება ფიზიკაში, ასტრონომიაში, ინჟინერიაში და სხვა სფეროებში.

რის ნიშნავს შავი სხეული?

შავი სხეული არის თეორიული კონცეფცია, რომელიც წარმოადგენს იდეალურ გამაჩერებელს და გამოცხადებელს გამოცხადების.

ნებისმიერი ნამდვილი ობიექტი არ წარმოადგენს იდეალურ შავ სხეულს, მაგრამ ზოგიერთი ობიექტი შეიძლება ახასიათდეს შავ სხეულს რამდენიმე პირობის ქვეშ. მაგალითად, კავშირი პატარა ხვრელით შეიძლება დახასიათდეს შავ სხეულს, რადგან ნებისმიერი გამოცხადება, რომელიც შედის ხვრელში, არის დაჭერილი შიგნით და რამდენჯერმე რეფლექტირდება, სანამ არ იყოფა კავშირის კედლების მიერ. ხვრელიდან გამოსული გამოცხადება არის შავ სხეულის მახასიათებელი.

შავი სხეული არ რეფლექტირებს და არ ტრანსპონირებს ნებისმიერ გამოცხადებას; ის მხოლოდ აბსორბირებს და გამოსცემს გამოცხადებას. ამიტომ, შავი სხეული ჩანს შავი როცა ის ცივია და არ გამოსცემს ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად. თუმცა, როგორც შავი სხეულის ტემპერატურა ზრდის, ის გამოსცემს უფრო მეტ გამოცხადებას და მისი სპექტრი მიდის მოკლე ტალღის სიგრძეზე. მაღალ ტემპერატურებში შავი სხეული შეიძლება გამოსცეს ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხე......

შავი სხეულის გამოცხადების მახასიათებლები

შავი სხეულის გამოცხადების სპექტრი არის კონტინუალური და დამოკიდებული მხოლოდ შავი სხეულის ტემპერატურაზე. სპექტრი შეიძლება აღწეროს ორი მნიშვნელოვანი კანონით: ვეინის დისპლაციის კანონით და სტეფან-ბოლცმანის კანონით.

ვეინის დისპლაციის კანონი

ვეინის დისპლაციის კანონი აცხადებს, რომ შავი სხეულის გამოცხადების ინტენსივობის მაქსიმალური ტალღის სიგრძე არის შავი სხეულის ტემპერატურის შებრუნებული პროპორციული. მათემატიკურად ეს შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად:

სადაც λmax არის პიკის ტალღის სიგრძე, T არის შავი სხეულის აბსოლუტური ტემპერატურა და b არის კონსტანტა, ცნობილი როგორც ვეინის დისპლაციის კონსტანტა, რომელიც აქვს 2.898×10−3 m K მნიშვნელობა.

ვეინის დისპლაციის კანონი ახსნის, რატომ შავი სხეულის ფერი იცვლება ტემპერატურის მიხედვით.

როგორც ტემპერატურა ზრდის, პიკის ტალღის სიგრძე შემცირდება და სპექტრი მიდის მოკლე ტალღის სიგრძეზე. მაგალითად, საკუთარი ტემპერატურის შემთხვევაში (დაახლოებით 300 K), შავი სხეული მთავრად გამოსცემს ინფრაწითი გამოცხადებას პიკის ტალღის სიგრძე დაახლოებით 10 μm. 1000 K ტემპერატურაზე შავი სხეული მთავრად გამოსცემს წითელ სინათს პიკის ტალღის სიგრძე დაახლოებით 3 μm. 6000 K ტემპერატურაზე შავი სხეული მთავრად გამოსცემს თეთრ სინათს პიკის ტალღის სიგრძე დაახლოებით 0.5 μm.

სტეფან-ბოლცმანის კანონი

სტეფან-ბოლცმანის კანონი აცხადებს, რომ შავი სხეულის ერთეული ფართობის მიერ გამოსული სრული ძალა პროპორციულია მის აბსოლუტური ტემპერატურის მეოთხე ხარისხს.

მათემატიკურად ეს შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად:

სადაც Me არის ერთეული ფართობის მიერ გამოსული სრული ძალა (ასევე ცნობილი როგორც ემისიური ძალა ან რადიანტული გამოსვლა), T არის შავი სხეულის აბსოლუტური ტემპერატურა და σ არის კონსტანტა, ცნობილი როგორც სტეფან-ბოლცმანის კონსტანტა, რომელიც აქვს 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$ მნიშვნელობა.

სტეფან-ბოლცმანის კანონი ახსნის, რატომ შავი სხეული გამოსცემს უფრო მეტ გამოცხადებას ტემპერატურის ზრდისთვის. მაგალითად, თუ შავი სხეულის ტემპერატურა გამრავლდება ორჯერ, მისი ემისიური ძალა ზრდის 16 ჯერ.

შავი სხეულის გამოცხადების გამოყენებები

შავი სხეულის გამოცხადებას აქვს მრავალი გამოყენება სამეცნიერო და ტექნიკურ სფეროებში. ზოგიერთი მაგალითი არის:

• ასტრონომიაში, ვარსკვლავები შეიძლება დაახლოებით ჩათვალოს შავი სხეულები, და მათი ტემპერატურები შეიძლება შეაფასოს მათი სპექტრების გამოყენებით ვეინის დისპლაციის კანონით.

   

• მაგალითად, მზე აქვს ეფექტური ზედაპირის ტემპერატურა დაახლოებით 5800 K და მთავრად გამოსცემს ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედად ხედა......

• ინჟინერიაში, ტერმოსკანირის დევისები გამოიყენებენ ინფრაწით კამერებს ამოცანების ტემპერატურის გამოსავლენად სტეფან-ბოლცმანის კანონის გამოყენებით.

   

• ტერმოსკანირი შეიძლება გამოიყენოს უსაფრთხოების, სურვილის, სამხედრო საქმეების, სამედიცინო დიაგნოსტიკის და სხვა მიზნებისთვის.

• ფიზიკაში, შავი სხეულის გამოცხადება იყო ერთ-ერთი ფენომენი, რომელმაც დახარჯა კვანტური თეორიის განვითარება 20-ე საუკუნის დასაწყისში.

   

• კლასიკური ფიზიკა ვერ ახსნიდა, რატომ შავი სხეულის გამოცხადების სპექტრი გადახრილი იყო რეილეი-ჯენსის კანონის მიხედვით მაღალ სიხშირეზე და წარმოებდა უსასრულო ენერგიას, ცნობილი როგორც ულტრაფიოლეტის კატასტროფა. მაქს პლანკი შემოიტანა, რომ ენერგია კვანტური იყო და გამოსული დისკრეტული ერთეულებით, რომლებს უწოდებდა კვანტებს ან ფოტონებს, რათა ამ პრობლემას გადაარჩინა. პლანკის კანონი აღწერს შავი სხეულის გამოცხადების სპექტრს კვანტური თეორიის გამოყენებით.

შეჯამება

• შავი სხეული არის იდეალური ობიექტი, რომელიც აბსორბირებს ყველა შემოსულ გამოცხადებას და გამოსცემს გამოცხადებას კონტინუალური სპექტრით, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ მის ტემპერატურაზე.

• შავი სხეულის გამოცხადება არის ტერმინალური გამოცხადება, რომელსაც შავი სხეული გამოსცემს თერმოდინამიკური ბალანსის მდგომარეობაში მის გარშემო მყოფი გარემოთ.

• ვეინის დისპლაციის კანონი აცხადებს, რომ შავი სხეულის გამოცხადების პიკის ტალღის სიგრძე არის შავი სხეულის ტემპერატურის შებრუნებული პროპორციული.

• სტეფან-ბოლცმანის კანონი აცხადებს, რომ შავი სხეულის ერთეული ფართობის მიერ გამოსული სრული ძალა პროპორციულია მის ტემპერატურის მეოთხე ხარისხს.

• შავი სხეულის გამოცხადებას აქვს მრავალი გამოყენება ფიზიკაში, ასტრონომიაში, ინჟინერიაში და სხვა სფეროებში.

დეკლარაცია: დაიცავეთ წარმომავლობა, კარგი სტატიები ღირს გამოსახატად, თუ არსებობს შერჩევის შემთხვევა, დაუკავშირდით წაშლას.