Википедија

Апсолутно црно тело — разлика између измена

Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Autobot (разговор | доприноси)
1.572.075 измена
м Разне исправке; козметичке измене
Ред 4:
== Зрачење апсолутно црног тела ==
 
[[Топлотно зрачење]] је [[електромагнетно зрачење]] свих тела која се налазе на [[температура| температури]] изнад [[апсолутна нула| апсолутне нуле]] (0 К), односно зависи само од температура посматраног тела и стања његове [[површина | површине]]. Пример топлотног зрачења је [[инфрацрвено зрачење]] које емитује [[електрични грејач]]. Особе у близини [[ватра | ватре]] или неког врућег тела ће осетити [[зрачење]] топлине чак иако је околни [[зид]] јако хладан. Како температура буде даље расла, изнад 900 К, тело почиње жарити црвену, затим наранџасту, жуту, белу и плаву боју. Када се тело види бело то значи да постоји део [[ултраљубичасто зрачење| ултраљубичастог зрачења]].
 
Свако тело или [[материја]] емитује електромагнетно зрачење када је температура изнад апсолутне нуле.
 
Зрачење представља претварање топлотне енергије тела у [[електромагнетна енергија| електромагнетну енергију]], и зато се зове топлотно зрачење. Обрнуто, свако тело или материја упија електромагнетно зрачење до неког ступња. Када тело упије целокупно зрачење које падне на њега, у целом распону [[таласна дужина| таласних дужина]], онда се оно назива [[идеално црно тело]]. Када идеално црно тело има равномерну распоређену температуру по површини, оно емитује карактеристичну расподелу [[фреквенција]], која зависи од температуре. То се зове зрачење идеалног црног тела. Појам црног тела је идеализовано, оно у стварности не постоји.
 
У [[лабораторија| лабораторији]], идеално црно тело се остварује са великим крутим телом које има шупљину, које има мали отвор, једнако распоређену температуру, комплетно је мутно и само врло мало одбија [[светлост]]. Тако рецимо, велика [[кутија]], са гранитним зидовима, једнаке температуре и врло малим отвором представља врло добро приближење.
 
Ако има довољно велику температуру, идеално црно тело почне жарити. [[Драперова тачка]] је температура када круто тело почне тамно црвено светлети, а износи 798 К (<math> 525^0 </math>C). Код 100 К отвор изгледа
Ред 21:
е=0,99. Испод тога се сматра [[сиво тело]].
 
Пример скоро идеалног црног тела је супер црно тело, створено [[легура | легуром]] [[никл| никла]]а и [[ фосфор| фосфора]]а 2009. Тим
јапанских [[научник| научника]]а је направио материјал још ближи својствима идеалног црног тела, једну врсту
[[ угљене наноцевчице| угљених наноцевчица]] које упијају 98 до 99% улазне светлости у подручју [[цпектар| спектра]] од ултраљубичастих
зрака до инфрацрвених зрака.
 
== Закони који важе ==
Прорачун [[криве]] зрачења идеалног црног тела, био је један од главних изазова у теоријској [[физика| физици]]
19. века. Године 1900. Планк оснива [[квантна механика| квантну механику]] с идејом да [[ осциловање| осциловањем]]м атоми зраче
енергију у тачно одређеним вредностима- [[кванти| квантима]]ма. Уводи [[закон расподеле енергија у спектру апсолутно црног тела]] који касније бива и експериментално доказан. За ове радове добија (1918) [[Нобелова награда |Нобелову награду]]. Дакле, проблем прорачуна криве зрачења идеалног црног тела решио је 1901. [[Макс Планк]], поставивши [[Планков закон]] за идеално црно тело. Модел апсолутно црног тела је, како је
већ наглашено, шупљина која се одржава на константној температури и коју зрачење, апсорбовано и
емитовано атомима зидова те шупљине, испуњава равномерно у свим правцима. Ако би се на том
телу направио сасвим мали отвор, онда би интезитет зрачења мереног на отвору био функција само
фреквенције и температуре.
Планков закон описује интензитет (спрецифичну снагу) зрачења [[неполаризовано електромагнетно зрачење| неполаризованог електромагнетног
зрачења]], код целог распона таласних дужина којег емитује идеално црно тело, зависно од термодинамичке температуре Т:
 
Ред 45:
h - [[Планкова константа]] (<math>6,626093 x 10^{-34}Ws^2 </math>)
 
c - [[брзина светлости]] у [[вакуум| вакууму]]у (<math> 2.99792458 x 10^8 ms^{-1} </math>)
 
k - [[Болцманова константа]] (<math> 1.380658 x 10^{-23} JK^{-1} </math>)
Ред 51:
v - [[фреквенција електромагнетског зрачења]]
 
[[диференцирање| Диференцирањем]] по v и изједначавањем са нулом, можемо добити највећу вредност интензитета
зрачења.
Подразумевано, ради се о зрачењу нормалном на површину идеалног црног тела. Ако се посматра
Ред 85:
где је σ [[Штефан-Болцманова константа]] и износи <math> 5.67 x 10^{-8} \frac{W}{m^2 K^4} </math>.
 
Интензитет зрачења за одређено подручје фреквенција <math> [v_1, v_2] </math> или за одређено подручје таласних дужина <math> [\lambda_1, \lambda_2] = [\frac{c}{v_2}, \frac{c}{v_1}]</math> се може добити [[интеграли | интегрисањем]] функција:
 
<math> \int\limits_{v_1}^{v_2}I(v, T)\, dv = \int\limits_{\lambda_2}^{\lambda_1} I(\lambda, T)\, d\lambda</math>
 
Са опадаљем температуре опада и највећа вредност [[интензитет зрачења | интензитета зрачења]] и помера се према већим таласним дужинама.
 
Црно тело емитује зрачење у термалној равнотежи, т.ј. емитује зрачење на константној температури. То зрачење се зове зрачење апсолутно црног тела, а описано је [[Планков закон|Планковим законом зрачења]], у зависности од [[таласна дужина|таласне дужине]] ''λ'':
:<math>B_\lambda(T) = \frac{2 h c^2}{\lambda^5}~\frac{1}{e^\frac{hc}{\lambda kT}-1}</math>
где је ''Т'' [[температура]], ''c'' [[брзина светлости|брзина светлости у вакууму]], ''k'' [[Болцманова константа]] и ''h'' [[Планкова константа]].<ref name="olga">Општа астрофизика, ''Вукићевић-Карабин Мирјана'', ''Атанацковић Олга''. {{page|year=2010. |id=ISBN 978-86-17-16947-1|pages=}}. стр. 158–162., Завод за уџбенике и наставна средства</ref>
 
 
== Емисија зрачења људског тела ==
 
Као и сва материја, тако и људско тело зрачи електромагнетско зрачење, али углавном у подручју
Ред 107:
<math> P_{net} = Aq(T^4 - T_0^4) </math>
 
Укупна површина одрасле особе је око <math> m^2 </math>, и у подручју средње и далеко инфрацрвене емисије [[ кожа| коже]] и
одеће, [[коефицијент емисије]] отприлике је сличан, као и за све [[неметалне површине]]. Температура коже је
око <math> 33^0 </math> C, али одећа то снижава на око <math> 28^0 </math> C, док претпостављамо да је температура околине <math> 20^0 </math> C. По томе испада да је губитак топлине зрачењем [[људско тело| људског тела]]:
 
<math> P_{net} = 100 W </math>
 
Укупна енергија коју зрачи човек у једном дану је око 9 МЈ или око 2 000 kcal коју човек мора
надокнадити [[ храна| храном]]. Постоје и други облици провођења топлоте, као што је [[конвекција топлоте]] и
[[испаравање]] ([[људски зној]]), док је [[кондукција топлоте]] занемарљива. Ако човек врши неку физичку
активност, онда се вишак топлоте ослобађа појачним знојењем. Зато је губитак топлоте зрачењем
људског тела од 100 W само груба процена, али се узима у прорачунима [[климатизација|климатизације]] као чињеница
коју треба узети у обзир.
Применом [[Винов закон | Виновог закона]] померања на људско тело, добијемо највећу вредност зрачења од:
 
<math> {\lambda}_{max} = \frac{2.898 x 10^6 Knm}{305K} = 9500nm </math>
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/wiki/Апсолутно_црно_тело”