Випромі́нювання чо́рного ті́ла — теплове електромагнітне випромінювання всередині або навколо тіла, що перебуває в термодинамічній рівновазі з навколишнім середовищем, яке випромінює чорне тіло (ідеалізоване непрозоре тіло, що не відбиває світло). Має певний безперервний спектр довжин хвиль, обернено пов’язаний з інтенсивністю, який залежить лише від температури тіла, яка для розрахунків і теорії вважається однорідною та постійною, Chapter 1., Chapter 13., Chapter 11., Chapter 13..

Ідеально ізольований корпус, який перебуває в тепловій рівновазі, містить випромінювання абсолютно чорного тіла і випромінює його через отвір, зроблений у його стінці, за умови, що отвір досить малий, щоб мати незначний вплив на рівновагу.

Теплове випромінювання, що спонтанно випромінюється багатьма звичайними об'єктами, можна наближено вважати випромінюванням чорного тіла.

Особливо важливо, хоча планети та зірки (включаючи Землю та Сонце) не перебувають ні в тепловій рівновазі з навколишнім середовищем, ні ідеально чорними тілами, випромінювання чорного тіла все ще є хорошим першим наближенням для енергії, яку вони випромінюють. Таким чином, сонячне випромінювання, яке фільтрується земною атмосферою, характеризує «денне світло», яке люди (також більшість інших тварин) еволюціонували для використання для зору.

Чорне тіло при кімнатній температурі () випромінює переважно в інфрачервоному спектрі, який не сприймається людським окомPartington, J.R. (1949), p. 466., але може відчуватися деякими рептиліями. Коли температура об’єкта зростає приблизно до , спектр випромінювання стає сильнішим і поширюється на область зору людини, а об’єкт виглядає тьмяно-червоним. У міру подальшого підвищення температури він випромінює все більше помаранчевого, жовтого, зеленого та синього світла (і, зрештою, понад фіолетове, ультрафіолетове).

Лампи з вольфрамовою ниткою мають безперервний спектр чорного тіла з холоднішою колірною температурою, близько , який також випромінює значну енергію в інфрачервоному діапазоні. Сучасні люмінесцентні та світлодіодні лампи, які є більш ефективними, не мають безперервного спектра випромінювання чорного тіла, а випромінюють безпосередньо або використовують комбінації люмінофорів, які випромінюють кілька вузьких спектрів.

Чорні діри є майже ідеальними чорними тілами в тому сенсі, що вони поглинають усе випромінювання, яке на них падає. Було припущено, що вони випромінюють випромінювання чорного тіла (так зване випромінювання Хокінга) з температурою, яка залежить від маси чорної діри.

Термін чорне тіло був введений Густавом Кірхгофом у 1860 роціFrom (Kirchhoff, 1860) (Annalen der Physik und Chemie), p. 277: "Der Beweis, welcher für die ausgesprochene Behauptung hier gegeben werden soll, … vollkommen schwarze, oder kürzer schwarze, nennen." (The proof, which shall be given here for the proposition stated [above], rests on the assumption that bodies are conceivable which in the case of infinitely small thicknesses, completely absorb all rays that fall on them, thus [they] neither reflect nor transmit rays. I will call such bodies "completely black [bodies]" or more briefly "black [bodies]".) See also (Kirchhoff, 1860) (Philosophical Magazine), p. 2.. Випромінювання чорного тіла також називають тепловим випромінюванням, випромінюванням порожнини, повним випромінюванням або температурним випромінюванням.

Теорія

Спектр

Випромінювання чорного тіла має характерний безперервний частотний спектр, який залежить лише від температури тіла і називається спектром Планка або законом Планка. Спектр має пік на характерній частоті, яка зміщується до вищих частот із підвищенням температури, а при кімнатній температурі більша частина випромінювання припадає на інфрачервону область електромагнітного спектраWien, W. (1893). Eine neue Beziehung der Strahlung schwarzer Körper zum zweiten Hauptsatz der Wärmetheorie, Sitzungberichte der Königlich-Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), 1893, 1: 55–62.Lummer, O., Pringsheim, E. (1899). Die Vertheilung der Energie im Spectrum des schwarzen Körpers, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gessellschaft (Leipzig), 1899, 1: 23–41.. Коли температура підвищується понад 500 градусів за Цельсієм, чорні тіла починають випромінювати значну кількість видимого світла. Коли людське око дивиться в темряві, перше слабке світіння виглядає як «примарний» сірий колір (видиме світло насправді червоне, але світло низької інтенсивності активує лише датчики рівня сірого ока). З підвищенням температури світіння стає видимим, навіть якщо є фонове освітлення: спочатку у вигляді тьмяно-червоного, потім жовтого і, зрештою, «сліпучо-блакитно-білого», коли температура підвищуєтьсяDraper, J.W. (1847). On the production of light by heat, London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, series 3, 30: 345–360. .. Коли тіло виглядає білим, воно випромінює значну частину своєї енергії у вигляді ультрафіолетового випромінювання. Сонце з ефективною температурою приблизно 5800 К є приблизно чорним тілом із піком спектра випромінювання в центральній, жовто-зеленій частині видимого спектра, але також зі значною потужністю в ультрафіолеті.

Примітки

Бібліографія

a translation of Frühgeschichte der Quantentheorie (1899–1913), Physik Verlag, Mosbach/Baden.

Translated by Guthrie, F. as

Література

Посилання , канал НДІ астрономії ХНУ Випромінювання чорного тіла JavaScript Interactives Випромінювання чорного тіла від Fu-Kwun Hwang та Loo Kang Wee Розрахунок випромінювання чорного тіла Інтерактивний калькулятор з ефектом Доплера. Включає більшість систем одиниць. Демонстрація кольору до температури на Academo.org Механізми охолодження людського тіла – з гіперфізики Описи випромінювання, що випускається багатьма різними об'єктами Аплет Blackbody Emission Archived «Спектр чорного тіла» Джеффа Брайанта, демонстраційний проект Wolfram, 2007.