Το μέλαν σώμα
Wilhelm Wien (1864 – 1928)
Josef Stefan (1835-1893
Max Planck (1858 – 1947)
Μέλαν θα πει «μαύρο».
Φωτίζεται με λευκό φως και απορροφά όλα τα μήκη κύματος. Φαίνεται μαύρο.
Το όνομα «μαύρο σώμα» είναι μια εξιδανίκευση, αφορά σώματα που απορροφούν πλήρως την ακτινοβολία η οποία τα φωτίζει δηλαδή την απουσία ανακλώμενου φωτός και όχι στην απουσία εκπεμπόμενου φωτός.
Αφού, κάθε υλικό σώμα, άρα και το μέλαν, όχι μόνον απορροφά αλλά και εκπέμπει δική του (δηλαδή, όχι την ενέργεια άλλων σωμάτων, που τυχόν ανακλάται πάνω του ή που το διαπερνά) ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, ακόμη και κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Κάθε σώμα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ακόμα και αν η θερμοκρασία του
είναι ελάχιστα μεγαλύτερη από το απόλυτο μηδέν.
Αόρατη θερμική ακτινοβολία.
Ορατό φως.
Τα φάσματα από θερμαινόμενα στερεά είναι συνεχή:
Η ακτινοβολία εξαρτάται από τη θερμοκρασία και όχι από το υλικό.
Οι φωτογραφίες από τα μαθήματα του Στέφανου Τραχανά στο Mathesis.
Ένταση ακτινοβολίας.
Φασματική ένταση ακτινοβολίας.
Σε μια περιοχή συχνοτήτων Δf
Προφανώς:
Πειραματικά βγήκε:
Το στοιχειώδες εμβαδόν:
Η ένταση στην περιοχή αυτή
των συχνοτήτων.
Το ολικό εμβαδόν είναι η ολική
ένταση σε όλες τις συχνότητες.
Είναι η συχνότητα στον οποία
έχουμε μέγιστη ένταση.
Αντιστοιχεί στο:
Ο νόμος των Stefan - Boltzmann
Προτάθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα.
Είναι εμπειρικός νόμος που συσχετίζει την ένταση με την απόλυτη θερμοκρασία.
Μικρή αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί σημαντική αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας.
Ο νόμος μετατόπισης του Wien.
Οι περιοχές με ψηλότερη θερμοκρασία εκπέμπουν μικρότερα μήκη κύματος.
Ο νόμος μετατόπισης του Wien.
Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία μειώνεται το λm .
Επίσης αυξάνεται το εμβαδόν, δηλαδή η ένταση.
Από το Phet
Από τον
Η αποτυχία της κλασικής Φυσικής.
Η υπεριώδης καταστροφή.
Οι Rayleigh κα Jeans χρησιμοποιώντας την Κλασική Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία και Θερμοδυναμική προέβλεψαν:
Δηλαδή η ακτινοβολία έχει τεράστια ένταση στις ψηλές συχνότητες (μικρά μήκη κύματος).
Δεν θα είχαμε επιβιώσει αν ίσχυαν τα παραπάνω.
Ο Max Planck.
Έδωσε έναν εμπειρικό τύπο που «ταίριαζε» στα πειραματικά δεδομένα.
Αναλύοντας τον τύπο αυτόν κατάφερε το 1900 να δείξει ότι ο τύπος αυτός θα μπορούσε να εξηγηθεί θεωρητικά αν:
Η ενέργεια δεν μπορεί να πάρει οιαδήποτε τιμή, αλλά ακέραια πολλαπλάσια της ποσότητας:
Όπου f η συχνότητα και
Η σταθερά του Planck.
Max Planck (1858 – 1947)
Το ποσό ενέργειας που απορροφά ή εκπέμπει ένα άτομο, υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μπορεί να πάρει μόνο ορισμένες τιμές.
Έχουν εισαχθεί τα «κβάντα».
H τιμή της σταθεράς του Planck προσδιορίστηκε ώστε να συμφωνούν οι θεωρητικές καμπύλες του Planck με τις πειραματικές.