Crno Telo Zračenje: Definicija Karakteristike i Primene
Crno telo se definiše kao idealizovani objekat koji apsorbuje sve elektromagnetsko zračenje koje na njega pada i emituje zračenje sa kontinualnim spektrom koji zavisi samo od njegove temperature. Zračenje crnog tela predstavlja termalno zračenje koje emituje crno telo u termodinamičkoj ravnoteži sa svojim okruženjem. Zračenje crnog tela ima mnoge primene u fizici, astronomiji, inženjerstvu i drugim oblastima.
Šta je crno telo?
Crno telo je teoretski koncept koji predstavlja idealni apsorber i emitent zračenja.
Nijedan stvarni objekat nije savršeno crno telo, ali neki objekti mogu da ga aproksimiraju pod određenim uslovima. Na primer, kavitet sa malim otvorom može da deluje kao crno telo, jer bilo koje zračenje koje unutra udari ostaje zapruto unutar i reflektuje se mnogo puta dok se ne apsorbira stenama kavijeta. Zračenje emitirano kroz otvor je onda karakteristično za crno telo.
Crno telo ne reflektuje ni transmite nikakvo zračenje; samo apsorbira i emitira zračenje. Stoga crno telo izgleda crno kada je hladno i ne emituje vidljivo svetlo. Međutim, kako temperatura crnog tela raste, emituje više zračenja i njegov spektar se pomeri ka kraćim talasnim dužinama. Na visokim temperaturama, crno telo može emitovati vidljivo svetlo i izgledati crveno, narandžasto, žuto, belo ili plavo, u zavisnosti od njegove temperature.
Karakteristike zračenja crnog tela
Spektar zračenja crnog tela je kontinualan i zavisi samo od temperature crnog tela. Spektar se može opisati dva važna zakona: Vienov zakon pomeranja i Stefan-Boltzmannov zakon.
Vienov zakon pomeranja
Vienov zakon pomeranja navodi da talasna dužina na kojoj intenzitet zračenja crnog tela dostiže maksimum je obrnuto proporcionalna temperaturi crnog tela. Matematički, ovo se može izraziti kao:
gde je λmax vrhunsko talasna dužina, T apsolutna temperatura crnog tela, a b konstanta poznata kao Vienova pomerajna konstanta, čija je vrednost 2.898×10−3 m K.
Vienov zakon pomeranja objašnjava zašto boja crnog tela menja se sa temperaturom.
Kako temperatura raste, vrhunska talasna dužina opada, i spektar se pomeri ka kraćim talasnim dužinama. Na primer, na sobnoj temperaturi (oko 300 K), crno telo emituje uglavnom infracrveno zračenje sa vrhunskom talasnom dužinom oko 10 μm. Na 1000 K, crno telo emituje uglavnom crveno svetlo sa vrhunskom talasnom dužinom oko 3 μm. Na 6000 K, crno telo emituje uglavnom belo svetlo sa vrhunskom talasnom dužinom oko 0.5 μm.
Stefan-Boltzmannov zakon
Stefan-Boltzmannov zakon navodi da ukupna snaga emitirana po jedinici površine od strane crnog tela je proporcionalna četvrtom stepenu njegove apsolutne temperature.
Matematički, ovo se može izraziti kao:
gde je Me ukupna snaga po jedinici površine (takođe poznata kao emisivna snaga ili radijantna emisija), T apsolutna temperatura crnog tela, a σ konstanta poznata kao Stefan-Boltzmannova konstanta, čija je vrednost 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$.
Stefan-Boltzmannov zakon objašnjava zašto crno telo emituje više zračenja kako temperatura raste. Na primer, ako temperatura crnog tela udvostruči, njegova emisivna snaga porašće 16 puta.
Primene zračenja crnog tela
Zračenje crnog tela ima mnoge primene u različitim oblastima nauke i tehnologije. Neke primere su:
U astronomiji, zvezde se mogu aproksimirati kao crna tela, a njihove temperature se mogu proceniti iz njihovih spektara koristeći Vienov zakon pomeranja.
Na primer, Sunce ima efektivnu površinsku temperaturu od oko 5800 K i emituje uglavnom vidljivo svetlo sa vrhunskom talasnom dužinom od oko 0.5 μm.
U inženjerstvu, uređaji za termalno slikanje koriste infracrvene kamere da detektuju toplotu emitiranu objektima na osnovu njihovih temperatura koristeći Stefan-Boltzmannov zakon.
Termalno slikanje se može koristiti za bezbednost, nadzor, gasenje požara, medicinsku dijagnozu i druge svrhe.
U fizici, zračenje crnog tela bilo je jedno od fenomena koji su doveli do razvoja kvantne teorije na početku 20. veka.
Klasična fizika nije mogla da objasni zašto spektar zračenja crnog tela odstupa od Rayleigh-Jeansovog zakona na visokim frekvencijama i proizvodi beskonačnu energiju poznatu kao ultraljubičast katastrofa. Max Planck je predložio da je energija kvantizovana i emitovana diskretnim jedinicama poznatim kao kvanti ili fotoni kako bi rešio ovaj problem. Planckov zakon opisuje spektar zračenja crnog tela koristeći kvantnu teoriju.
Sazetak
Crno telo je idealizovani objekat koji apsorbuje sva padajuća zračenja i emituje zračenje sa kontinualnim spektrom koji zavisi samo od njegove temperature.
Zračenje crnog tela predstavlja termalno zračenje emitirano od strane crnog tela u termodinamičkoj ravnoteži sa njegovim okruženjem.
Vienov zakon pomeranja navodi da vrhunska talasna dužina zračenja crnog tela je obrnuto proporcionalna njegovoj temperaturi.
Stefan-Boltzmannov zakon navodi da ukupna snaga emitirana po jedinici površine od strane crnog tela je proporcionalna četvrtom stepenu njegove temperature.
Zračenje crnog tela ima mnoge primene u fizici, astronomiji, inženjerstvu i drugim oblastima.
Izjava: Poštujte original, dobre članke vredi deliti,
