Corps noir parfait et son rayonnement

Corps noir parfait et son rayonnement
Corps noir parfait et son rayonnement
Anonim

Le corps absolument noir est appelé ainsi parce qu'il absorbe tout le rayonnement qui tombe sur lui (ou plutôt, en lui) à la fois dans le spectre visible et au-delà. Mais si le corps ne se réchauffe pas, l'énergie est renvoyée. Ce rayonnement émis par un corps entièrement noir est particulièrement intéressant. Les premières tentatives d'étude de ses propriétés ont été faites avant même l'apparition du modèle lui-même.

Au début du 19e siècle, John Leslie a expérimenté diverses substances. Il s'est avéré que la suie noire absorbe non seulement toute la lumière visible qui tombe dessus. Il rayonnait dans la gamme infrarouge beaucoup plus fort que d'autres substances plus légères. C'était le rayonnement thermique, qui diffère de tous les autres types par plusieurs propriétés. Le rayonnement d'un corps complètement noir est équilibré, homogène, se produit sans transfert d'énergie et ne dépend que de la température du corps.

corps complètement noir
corps complètement noir

Lorsque la température de l'objet est suffisamment élevée, le rayonnement thermique devient visible, puis tout corps, y compris absolument noir, acquiert une couleur.

Un tel objet unique qui n'émet qu'un certain type d'énergie, ne pouvait qu'attirer l'attention. Puisque nous parlons de rayonnement thermique, les premières formules et théories sur ce à quoi devrait ressembler le spectre ont été proposées dans le cadre de la thermodynamique. La thermodynamique classique a pu déterminer à quelle longueur d'onde le rayonnement maximal devrait être à une température donnée, dans quelle direction et dans quelle mesure il se déplacera lorsqu'il sera chauffé et refroidi. Cependant, il n'a pas été possible de prédire quelle est la répartition de l'énergie dans le spectre du corps noir à toutes les longueurs d'onde et, en particulier, dans la gamme ultraviolette.

rayonnement du corps noir
rayonnement du corps noir

Selon la thermodynamique classique, l'énergie peut être émise dans n'importe quelle portion, y compris arbitrairement petite. Mais pour qu'un corps absolument noir rayonne à des longueurs d'onde courtes, il faut que l'énergie de certaines de ses particules soit très grande, et dans la région des ondes ultracourtes elle irait jusqu'à l'infini. En réalité, c'est impossible, l'infini est apparu dans les équations et a été appelé la catastrophe ultraviolette. Seule la théorie de Planck selon laquelle l'énergie peut être rayonnée en portions discrètes - quanta - a aidé à résoudre la difficulté. Les équations de la thermodynamique d'aujourd'hui sont des cas particuliers des équations de la physique quantique.

répartition de l'énergie dans le spectre d'un corps noir
répartition de l'énergie dans le spectre d'un corps noir

Initialement, un corps complètement noir était représenté comme une cavité avec une ouverture étroite. Le rayonnement extérieur pénètre dans une telle cavité et est absorbé par les parois. Sur le spectre du rayonnement, quidoit avoir un corps absolument noir, auquel cas le spectre de rayonnement de l'entrée de la grotte, de l'ouverture du puits, de la fenêtre de la pièce sombre par temps ensoleillé, etc. est similaire. Mais surtout, les spectres du rayonnement de fond cosmique de l'Univers et des étoiles, y compris le Soleil, coïncident avec lui.

Il est sûr de dire que plus il y a de particules d'énergies différentes dans un objet, plus son rayonnement ressemblera à un corps noir. La courbe de distribution d'énergie dans le spectre d'un corps noir reflète les modèles statistiques dans le système de ces particules, avec la seule correction que l'énergie transférée lors des interactions est discrète.

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