Radiatio corporis nigri: Definitio Characteristicae et Applicationes
Corpus nigrum definitur ut objectum idealis quod omnes raditationes electromagnéticas absorbet et radiationem continui spectrum emittit, quae tantum a temperatura eius dependet. Radiatio corporis nigri est radiatio thermica emissa ab corpore nigro in aequilibrio thermodynamico cum suis circumstantiis. Radiatio corporis nigri multas applicationes habet in physica, astronomia, ingenieria, et aliis disciplinis.
Quid est Corpus Nigrum?
Corpus nigrum est conceptus theoreticus qui repraesentat idealis absorptorem et emittentem radiationis.
Nullum reale objectum est perfectum corpus nigrum, sed quaedam objecta sub certis conditionibus ad ipsum approximare possunt. Exempli gratia, cavitas cum foramine parvo potest sicut corpus nigrum agere, quia omnis radiatio quae foramen intrat intra cavum captiva est et multis vicibus reflectitur donec ab parietibus cavitatis absorbatur. Radiatio emissa per foramen tunc est characteristica corporis nigri.
Corpus nigrum non reflectit nec transmittit aliquam radiationem; tantum absorbet et emit radiationem. Propterea, corpus nigrum apparet nigrum quando frigidum est et nullam lucem visibilem emittit. Tamen, cum temperatura corporis nigri crescit, plus radiationis emittit et spectrum eius ad breviores longitudines undarum movetur. Ad altas temperaturas, corpus nigrum potest lucem visibilem emitti et rubrum, flavum, album, vel caeruleum apparere secundum suam temperaturam.
Characteristici Radiationis Corporis Nigri
Spectrum radiationis corporis nigri est continuus et tantum a temperatura corporis nigri dependet. Spectrum describi potest per duas leges importantes: legem displacementis Wien et legem Stefan-Boltzmann.
Lex Displacementis Wien
Lex displacementis Wien statuit quod longitudo undarum qua intensitas radiationis corporis nigri maxima est inversa proportionalis est temperaturae corporis nigri. Mathematica haec exprimi potest:
ubi λmax est longitudo undarum maxima, T est temperatura absoluta corporis nigri, et b est constans notum ut constans displacementis Wien, quod valorem 2.898×10−3 m K habet.
Lex displacementis Wien explicat cur color corporis nigri mutat cum temperatura.
Cum temperatura crescit, longitudo undarum maxima decrescit, et spectrum movetur ad breviores longitudines undarum. Exempli gratia, ad temperaturam ambientes (circa 300 K), corpus nigrum praecipue raditionem infrarubram emittit cum longitudo undarum maxima circa 10 μm. Ad 1000 K, corpus nigrum praecipue lucem rubram emittit cum longitudo undarum maxima circa 3 μm. Ad 6000 K, corpus nigrum praecipue lucem albam emittit cum longitudo undarum maxima circa 0.5 μm.
Lex Stefan-Boltzmann
Lex Stefan-Boltzmann statuit quod vis totalis emissa per unitatem areae ab corpore nigro proportionalis est quartae potentiae suae temperature absolutae.
Mathematica haec exprimi potest:
ubi Me est vis totalis per unitatem areae (etiam notum ut potentia emissiva vel exitancia radiativa), T est temperatura absoluta corporis nigri, et σ est constans notum ut constans Stefan-Boltzmann, quod valorem 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$ habet.
Lex Stefan-Boltzmann explicat cur corpus nigrum plus radiationis emittit cum sua temperatura crescit. Exempli gratia, si temperatura corporis nigri duplatur, sua potentia emissiva crescet per 16 vices.
Applicationes Radiationis Corporis Nigri
Radiatio corporis nigri multas applicationes habet in variis disciplinis scientiae et technologiae. Quaedam exempla sunt:
In astronomia, stellae posse approximari ut corpora nigra, et eorum temperaturas posse estimari ex eorum spectris per legem displacementis Wien.
Sol, exempli gratia, habet effective superficiale temperaturam circa 5800 K et praecipue lucem visibilem emittit cum longitudo undarum maxima circa 0.5 μm.
In ingenieria, dispositiva imagini thermalis usant cameris infrarubris ad detegendum calorem emissum ab objectis secundum suas temperaturas per legem Stefan-Boltzmann.
Imaginatio thermalis posse uti pro securitate, surveillance, incendiariorum extinguentium, diagnosi medica, et aliis scopis.
In physica, radiatio corporis nigri fuit unum ex phaenomenis quae duxerunt ad developmentum theoriae quanticae in principio saeculi 20.
Physica classica non potuit explicare cur spectrum radiationis corporis nigri deviat a lege Rayleigh-Jeans ad altas frequentias et producit energiam infinitam notam ut catastrophum ultraviolet. Max Planck proposuit quod energia sit quantizata et emittatur in discretis unitatibus notis ut quanta vel photones ad hoc problem solvendum. Lex Planck descriptit spectrum radiationis corporis nigri per theoria quantica.
Conclusio
Corpus nigrum est objectum idealis quod omnes raditationes incidentes absorbet et radiationem continui spectrum emittit, quae tantum a temperatura eius dependet.
Radiatio corporis nigri est radiatio thermica emissa ab corpore nigro in aequilibrio thermodynamico cum suis circumstantiis.
Lex displacementis Wien statuit quod longitudo undarum maxima radiationis corporis nigri inversa proportionalis est suae temperaturae.
Lex Stefan-Boltzmann statuit quod vis totalis emissa per unitatem areae ab corpore nigro proportionalis est quartae potentiae suae temperature.
Radiatio corporis nigri multas applicationes habet in physica, astronomia, ingenieria, et aliis disciplinis.
Declaratio: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
