Абсолютно чёрное тело
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Абсолю́тно чёрное те́ло — физическая абстракция, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99% падающего излучения (т. е. имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Практической моделью чёрного тела может являться полость с небольшим отверстием и зачернёнными стенками, поскольку свет, попадающий сквозь отверстие в полость, испытывает многократные отражения и сильно поглощается. Глубокий чёрный цвет некоторых материалов (древесного угля, чёрного бархата) и зрачка человеческого глаза объясняется тем же механизмом. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце.
Термин был введён Густавом Кирхгофом в 1862.
Содержание |
[править] Закон Планка
Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка:
где I(ν)dν — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности на единицу телесного угла в диапазоне частот от ν до ν + dν.
Эквивалентно,
,
где u(λ)dλ — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности на единицу телесного угла в диапазоне длин волн от λ до λ + dλ.
[править] Закон Стефана-Больцмана
Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана—Больцмана:
,
где j — мощность на единицу площади излучающей поверхности, а
Вт/(м2·К4) — постоянная Стефана—Больцмана.
Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.
[править] Закон смещения Вина
Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:
где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.
Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36°C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).
Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме справа.
[править] Чернотельное излучение
Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению). Объёмная плотность энергии чернотельного излучения равна 
, его давление равно 
. Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон — заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.
[править] Цветность чернотельного излучения
| Температурный интервал, кельвин | Цвет |
|---|---|
| до 1000 | Красный |
| 1000‒1500 | Оранжевый |
| 1500‒2000 | Жёлтый |
| 2000‒4000 | Бледно-жёлтый |
| 4000‒5500 | Желтовато-белый |
| 5500‒7000 | Чисто белый |
| 7000‒9000 | Голубовато-белый |
| 9000‒15000 | Бело-голубой |
| 15000‒∞ | Голубой |
Примечание: Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D65). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.
