Corpo nero perfetto e le sue radiazioni

Corpo nero perfetto e le sue radiazioni
Corpo nero perfetto e le sue radiazioni
Anonim

Il corpo assolutamente nero è chiamato tale perché assorbe tutta la radiazione che gli cade sopra (o meglio, in esso) sia nello spettro visibile che oltre. Ma se il corpo non si riscalda, l'energia viene nuovamente irradiata. Questa radiazione emessa da un corpo completamente nero è di particolare interesse. I primi tentativi di studio delle sue proprietà furono fatti ancor prima della comparsa del modello stesso.

All'inizio del 19° secolo, John Leslie sperimentò varie sostanze. Come si è scoperto, la fuliggine nera non solo assorbe tutta la luce visibile che cade su di essa. Irradiava nella gamma degli infrarossi molto più forte di altre sostanze più leggere. Era la radiazione termica, che differisce da tutti gli altri tipi in diverse proprietà. La radiazione di un corpo completamente nero è di equilibrio, omogenea, avviene senza trasferimento di energia e dipende solo dalla temperatura del corpo.

corpo completamente nero
corpo completamente nero

Quando la temperatura dell'oggetto è sufficientemente alta, la radiazione termica diventa visibile e quindi qualsiasi corpo, incluso il nero assoluto, acquisisce colore.

Un oggetto così unico che emette solo un certo tipo di energia, non poteva fare a meno di attirare l'attenzione. Poiché si tratta di radiazione termica, le prime formule e teorie su come dovrebbe essere lo spettro sono state proposte nell'ambito della termodinamica. La termodinamica classica è stata in grado di determinare a quale lunghezza d'onda dovrebbe essere la radiazione massima a una data temperatura, in quale direzione e quanto si sposterà quando riscaldata e raffreddata. Tuttavia, non è stato possibile prevedere quale sia la distribuzione dell'energia nello spettro del corpo nero a tutte le lunghezze d'onda e, in particolare, nella gamma degli ultravioletti.

radiazione del corpo nero
radiazione del corpo nero

Secondo la termodinamica classica, l'energia può essere emessa in qualsiasi porzione, comprese quelle arbitrariamente piccole. Ma affinché un corpo assolutamente nero irradi a lunghezze d'onda corte, l'energia di alcune delle sue particelle deve essere molto grande e nella regione delle onde ultracorte andrebbe all'infinito. In re altà, questo è impossibile, l'infinito è apparso nelle equazioni ed è stato chiamato la catastrofe ultravioletta. Solo la teoria di Planck secondo cui l'energia può essere irradiata in porzioni discrete - quanti - ha aiutato a risolvere la difficoltà. Le odierne equazioni della termodinamica sono casi speciali delle equazioni della fisica quantistica.

distribuzione di energia nello spettro di un corpo nero
distribuzione di energia nello spettro di un corpo nero

Inizialmente, un corpo completamente nero era rappresentato come una cavità con un'apertura stretta. La radiazione dall'esterno entra in tale cavità e viene assorbita dalle pareti. Sullo spettro di radiazione, chedeve avere un corpo assolutamente nero, nel qual caso lo spettro di radiazione dall'ingresso della grotta, l'apertura del pozzo, la finestra della camera oscura in una giornata di sole, ecc. è simile. Ma soprattutto, gli spettri della radiazione cosmica di fondo dell'Universo e delle stelle, incluso il Sole, coincidono con essa.

Si può affermare con sicurezza che più particelle con diverse energie in un oggetto, più forte la sua radiazione assomiglierà a un corpo nero. La curva di distribuzione dell'energia nello spettro di un corpo nero riflette gli schemi statistici nel sistema di queste particelle, con l'unica correzione che l'energia trasferita durante le interazioni è discreta.

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