V každodenním životě je obtížné najít dva objekty, které jsou v měřítku tak radikálně odlišné než naše svítivost a obvyklá stovka wattová žárovka: i průměrný průměr obou se liší o deset řádů (~ 1,392 × 10 ^ 9 metrů a ~ 0,05 metrů) - nicméně oba objekty jsou zdroji světla a v tomto aspektu má smysl je porovnat.
Spektrum a teplota barev
Od dětství a prvních nezávislých fyzikálních experimentů (jako je napíchnutí hřebíku do plamene kuchyňského plynového sporáku nebo foukání uhlí z ohně) již víme, že pokud je hmotné tělo zahřáté správně, začne zářit - a čím jasnější, tím silnější ho získáme zahřejte se.
Vědci se již dlouho zajímají o stejnou otázku, ale pro přísně kvantitativní a kvalitativní popis jevu museli nejprve zavést abstraktní pojem - zcela černé tělo (černé tělo). Jde o to, že elektromagnetické záření z vyhřívaného těla (a světlo je přesně elektromagnetické záření, jako jsou rádiové vlny, rentgenové paprsky atd.), V zásadě závisí na tom, jaké vlnové délky (části spektra) takové tělo absorbuje..
Princip je jednoduchý: pokud něco absorbuje velmi dobře v některých rozsazích, pak je také dobré a vyzařuje ve stejných rozsazích - proto se takové abstraktní, ideálně absorbující a vyzařující tělo nazývalo „černé“. Poznamenáváme, že nedokonalá těla se nazývají „šedá“ nebo „barevná“ - a prostřednictvím příslušných změn jsou opět „svázána“ s vlastnostmi černého těla..
Máme tedy blackbody, že při každé teplotě absorbuje veškerý dopad záření na něj, bez ohledu na vlnovou délku - jak vypadá zákon, který popisuje jeho spektrum? Na konci 19. století se touto problematikou z praktického hlediska zabýval fyzik I. Stefan a teoreticky L. Boltzmann se odpovídající fyzikální zákon v učebnicích nyní označuje jako Stefan-Boltzmannův zákon..Ukázalo se, že výsledná sypná hustota rovnovážného záření a celková emisivita černého tělesa jsou úměrné čtvrtému stupni jeho absolutní teploty (vzpomeňme, že absolutní teplota je měřena v Kelvinu a je počítána z absolutní nulové teploty, která je „chladnější“ naší obvyklou „nulovou Celsií“ asi o 273 stupňů). ) - a známou „hrbovou křivku“ „zapsanou“ ve fyzických učebnicích.
Co to má společného s původní otázkou? Velmi jednoduché: ukáže se, že odpovídající křivka pro Slunce je dokonale popsána křivkou pro černé těleso s teplotou ~ 6000 Kelvinů! Zároveň vrchol maxima záření leží v oblasti ~ 450 nanometrů (ultrafialové!) - proto opět říkáme Mnohokrát díky atmosféře naší Země za absorpci tohoto záření na bezpečnou úroveň, na které můžeme všichni žít na povrchu planety za denního světla a nesedět v dírách a plazit se na povrch pouze v noci.
Ale co naše žárovka? Jeho spálová spirála se rovněž řídí stejným zákonem, výsledná teplota je však přibližně poloviční než teplota slunce (teplota tání wolframu, z níž se obvykle vyrábějí žárovky, je ~ 3422 stupňů Celsia - ale pracovní teplota nepřesahuje ~ 2800 stupňů Celsia) a je přibližně 3000 Kelvinů . Vrchol maximálního vyzařování žárovky se tedy „pohybuje pryč“ do infračervené oblasti a nachází se v oblasti jednoho mikrometru (1 000 nanometrů) - to znamená, že domácí žárovka se „zahřívá“ než „osvětlovací“ zařízení (účinnost ~ 6% - a nižší výkon, horší účinnost).
Moc
Porovnání celkových radiačních sil žárovky a Slunce jasně ukazuje monstrózní oddělení astronomických hodnot od domácích: pokud žárovka ve formě viditelného světla a tepla emituje 10 ^ 2 watty, pak slunce ~ 4 * 10 ^ 26 wattů - téměř dvacet pět řádů rozdílu velikosti! Zkuste nyní ve svém volném čase spočítat, kolik stovek wattových žárovek by bylo zapotřebí k nahrazení Slunce a kolik místa by zabíraly ve Sluneční soustavě ...
