Ακτινοβολία μέλανος σώματος

[Tsaprazi]

Μέλαν σώμα ονομάζεται το ιδανικό σώμα το οποίο απορροφά όλα τα μήκη κύματος που προσπίπτουν επάνω του.

 

Όταν κάνουμε λόγο όμως για ακτινοβολία μέλανος σώματος τι εννοούμε; Αφού απορροφά όλο το φως και δεν ανακλά τίποτα, πώς είναι δυνατόν να ανιχνεύουμε ακτινοβολία;

[DjEvan]

Τέτοιο μέλαν σώμα θέλω να επενδύσω το εσωτερικό του τηλεσκοπίου μου.......

[Tsaprazi]

Καλή επιτυχία λοιπόν!

[nansy]

Για το θεματάκι έχουν κάνει αρκετή αναφορά ο κ.Δανέζης και ο κ.Θεοδοσίου στο βίβλιο Το Σύμπαν Που Αγάπησα...

 

Όταν κάνουμε λόγο όμως για ακτινοβολία μέλανος σώματος τι εννοούμε; Αφού απορροφά όλο το φως και δεν ανακλά τίποτα, πώς είναι δυνατόν να ανιχνεύουμε ακτινοβολία;

 

Όταν πέσει ακτινοβολία πάνω στην επιφάνεια ενός υλικού σώματος,ένα μέρος ανακλάται, ένα μέρος απορροφάται και ένα μέρος διαπερνά το υλικό σώμα. Το μελανό σώμα αντίθετα,υποτίθεται, απορροφά όλη την ακτινοβολία (υπάρχουν υλικά που πλησιάζουν σημαντικά αυτή την ιδιότητα). Επίσης το μελανό σώμα κατά τη θέρμανσή του ακτινοβολεί όλη την απορροφούμενη ακτινοβολία προς το περιβάλλον με το οποίο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία.

Η συνολική ποσότητα ενέργειας που ακτινοβολείται από ένα μελανό

σώμα, ανά μονάδα επιφανείας και χρόνου, δίνεται από το νόμο Stefan –

Boltzmann:

Ε = σ Τ^4

 

όπου Τ είναι η απόλυτη θερμοκρασία και σ μια παγκόσμια σταθερά. Η

ενέργεια αυτή δεν εκπέμπεται σε μια μοναδική συχνότητα, ούτε είναι

ομογενώς κατανεμημένη σε όλο το φάσμα της ακτινοβολίας, αλλά για κάθε

θερμοκρασία υπάρχει ένα μήκος κύματος όπου η ακτινοβολούμενη ενέργεια

είναι μέγιστη και το μέγιστο αυτό μετατίθεται σε χαμηλότερα μήκη κύματος

αυξανομένης της θερμοκρασίας

 

Παράδειγματα θερμικής ακτινοβολίας σωμάτων που προσεγγίζουν το μέλαν σώμα είναι η λάβα αλλά και η ακτινοβολία του μελανού σώματος.

 

Ένα καλό βιβλίο που παρέχει αρκετές πληροφορίες είναι η Εισαγωγή στην Σύγχρονή Αστρονομία που είναι του κ.Σειραδάκη και Βάρβογλη...

[B.D. Foxmoor]

F = σ*Τ^4 είναι ο Νόμος S-B.

[Vagelford]

Πρέπει να πούμε πρώτα 2 πράγματα σχετικά με το μέλαν σώμα.

 

Το ιδανικό μέλαν σώμα είναι καλύτερα να το φανταστούμε σαν μια κοιλότητα (κάτι σαν ένα φουρνάκι) η οποία περιέχει φωτόνια τα οποία είναι παγιδευμένα εκεί μέσα και δεν μπορούν να διαφύγουν.

 

Ας πούμε λοιπόν ότι το φουρνάκι αυτό το ρυθμίζουμε σε μία θερμοκρασία Τ. Τα φωτόνια που είναι παγιδευμένα μέσα, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα θα έχουν έρθει σε θερμοδυναμική ισορροπία με την κοιλότητα και η ενεργειακή τους κατανομή θα είναι αυτή του φάσματος του μέλανος σώματος θερμοκρασίας Τ.

 

Είναι το ανάλογο του να έχεις ένα αέριο μέσα στο φουρνάκι. Το αέριο όταν αποκτήσει τη θερμοκρασία του φούρνου (θερμοδυναμική ισορροπία), τα μόριά του θα έχουν συγκεκριμένη κατανομή ταχυτήτων.

 

Για να δούμε όμως πρακτικά την ενεργειακή κατανομή των φωτονίων μέσα στην κοιλότητα, ανοίγουμε μια πολύ μικρή οπή, από την οποία μπορούν να διαφεύγουν λίγα φωτόνια έτσι ώστε να μην επιρρεάζεται το σύστημα σημαντικά. Το φάσμα που θα παίρνουμε από αυτή την μικρή οπή, θα είναι το φάσμα της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος.

 

Αυτό είναι λοιπόν το ιδανικό μέλαν σώμα.

 

Στην φύση δεν υπάρχουν τέτοια ιδανικά σώματα. Υπάρχουν όμως πολύ καλές προσεγγίσεις και μια τέτοια είναι οι Αστέρες. Εκεί φυσικά δεν έχουμε κάποια κοιλότητα με μια μικρή οπή, αλλά το γεγονός ότι η ύλη στο εσωτερικό τους είναι τόσο αδιαφανής ώστε να μένει για πολύ καιρό παγιδευμένη η ακτινοβολία μέσα της (η οποία σιγά σιγά διαφεύγει προς τα έξω), έχει ισοδύναμο αποτέλεσμα.

[koyote]

Εδω χρειαζεται να διευκρινιστει το εξης:Οταν λεμε ακτινοβολια μελανος σωματος εννοουμε οχι την ακτινοβολια που ανακλα,αλλα την ακτινοβολια που εκπεμπει.Και στην ιδανικη περιπτωση ενος μελανος σωματος,εφ'οσον μπορει να απορροφα ακτινοβολιες ολων των μηκων κυματος,βρισκεται σε θεση να ακτινοβολησει και σε ολα τα μηκη κυματος....