OPTIKA

ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ

Záření černého tělesa

Z praxe víme: 

a) zahřátá tělesa vysílají elektromagnetické záření, které vyvolává pocit tepla, toto záření nazýváme tepelné

Vlastnosti tepelného záření:

b) každá látka zároveň pohlcuje i odráží zářivou energii

pro lepší popis a zkoumání těles při pohlcování a odrážení záření zavádíme model tzv. ČERNÉHO TĚLESA

ČERNÉ TĚLESO = takové těleso, které veškerou dopadající zářivou energii pohlcuje (bez ohledu na vlnové délce) a potom ji vysílá pouze ve formě tepelného záření

Při zkoumání vlastností černého tělesa bylo experimentálně zjištěno:

 při určité teplotě T vyzařuje černé těleso do okolí elektromagnetické vlnění různých vlnových délek,

tato vlnění nejsou ale vyzařována černým tělesem se stejnou intenzitou

Mλ ... spektrální hustota vyzařování

λ ... vlnová délka vyzařovaného záření

Z grafu plyne:

A

vlnová délka λmax záření, které je černým tělesem vyzařováno s největší intenzitou, je tím kratší, čím větší je termodynamická teplota T

tuto závislost popisuje

WIENŮV POSUNOVACÍ ZÁKON

λmax = b/T

Vlnová délka λmax, při které nastává maximum vyzařování, je nepřímo úměrné termodynamické teplotě T. 

b ... konstanta (b = 2,9 . 10- 3 m.K )

POZNÁMKY:

B

celková energie vyzářená při dané teplotě T povrchem černého tělesa o plošném obsahu 1 m2 za 1s (spektrální hustota intenzity vyzařování Mλ)  je úměrná plošnému obsahu obrazce vymezenému křivkou dané teploty a osou λ

experimentálně zjištěno:

Mλ je přímo úměrné T4

tuto závislost popisuje

STEFANŮV - BOLTZMANNŮV ZÁKON

Mλ  = σ . T4

Intenzita vyzařování černého tělesa vzrůstá se čtvrtou mocninou termodynamické teploty.

σ = 5,67.10-8 W.m-2.K-4

Stefan-Boltzmannova konstanta

PROCVIČUJÍCÍ ÚLOHA:

Jakým výkonem vyzařuje lidské tělo o ploše 1,5 m2 a teplotě 35°? Předpokládejme, že povrch těla má charakter absolutně černého tělesa.

I = σ . T4 . S = 5,67.10-8 . (273,15+35)4 . 1,5 = 766,9 W

Vysvětlení rozporu s klasickou fyzikou podal Max Planck v roce 1900. Přišel s následující myšlenkou:

Černé těleso nevyzařuje záření spojitě, ale po určitých kvantech, přičemž každé toto kvantum záření má energii E, která souvisí s frekvencí f záření vztahem E = h.f

h ... Planckova konstanta (h = 6,625 . 10-34 J.s)

zlom v chápání celé klasické fyziky, vznik nového fyzikálního oboru

KVANTOVÉ FYZIKY

Základní idea kvantové fyziky:

Elektromagnetické záření je vyzařováno nebo pohlcováno jen po kvantech, z nichž každé má energii E.

PODÍVEJ SE

ŘEŠENÁ ÚLOHA