KVANTNA PRIRODA ELEKTROMAGNETNOG ZRAENJA

Zakoni zraenja apsolutno crnog tela

Poznato je da tela zagrejana do visokih temperatura emituju svetlost. Na niim temperaturama talasne duine zraenja nalaze se uglavnom u infracrvenoj oblasti, a na viim se emituje i zraenje u vidljivoj oblasti.

Spektar zraenja, tanije raspodela intenziteta po frekvencijama, zavisi od temperature.

Emisiona mo nekog tela na datoj temperaturi T je koliina energije emitovana u jedinici vremena sa jedinice povrine tela u uskom intervalu frekvencija izmeu i + .Ukupna emisiona mo se dobija sumiranjem po svim intervalima frekvencija.

Apsorpciona mo nekog tela na datoj temperaturi T pokazuje koji deo energije koja pada u jedinici vremena po jedinici povrine tela u datom frekventnom intervalu izmeu i + biva apsorbovan.Ukupna apsorpciona mo se dobija sumiranjem po svim intervalima frekvencija.

Elektromagnetno zraenje dobro apsorbuju crna tela. To je i razumljivo, jer se tela vide u odbijenoj svetlosti.Apsolutno crno telo je telo koje apsorbuje celokupno zraenje koje na njega pada.Idealan sluaj bi predstavljalo telo koje na svim temperaturama (do take topljenja) apsorbuje svu energiju koja na njega padne, bez obzira na frekvenciju. Takvo telo se naziva apsolutno crno telo.Za njega vai:

Dobar model apsolutno crnog tela je uplja lopta od izolacionog materijala sa malim otvorom na povrini. Unutranja povrina lopte se pokrije dobro apsorbujuim materijalom (npr. a).Zraenje koje ue unutra vie puta se odbija i pri tome delimino apsorbuje, tako da nikakvo zraenje ne naputa loptu, tj. otvor. Tada se otvor ponaa kao apsolutno crno telo.

Kirhofov zakon

Odnos emisione i apsorpcione moi tela ne zavisi od svojstava tela, ve samo od frekvencije zraenja i temperature.gde je f (,T) neka, univerzalna funkcija.

Nemaki fiziar; profesor univerziteta u Vroclavu, Hajdelbergu i Berlinu. Bavio se istraivanjima u oblasti mehanike, nauke o elektricitetu i optike.

Poto je opti, ovaj zakon mora vaiti i za apsolutno crno telo.Ako uslov (1) primenimo na prethodnu formulu dobija se

To ima i praktine posledice. Ako se poznaje apsorpciona mo nekog tela (koja se relativno lako moe izmeriti), tada se emisiona mo tela dobija kad (3) zamenimo u (2):Upravo u to vreme razvijala se optika pirometrija, metod odreivanja temperature optikim putem, tj. analizom spektra. Zato je emisiona mo apsolutno crnog tela postala bitna veliina za eksperimentalnu i teorijsku fiziku.

oitana temperatura je suvie niskaoitana temperatura je suvie visokaoitana temperatura je tanaOptiki pirometar je ureaj za merenje visokih temperatura (preko 6000C) u peima za topljenje.

Eksperimentalni rezultati merenja emisione moi se obino ne izraavaju u funkciji frekvencije, ve u funkciji talasne duine. Temperatura se uzima kao parametar.

tefan Bolcmanov zakon

Ukupna emisiona mo apsolutno crnog tela proporcionalna je etvrtom stepenu apsolutne temperature. gde je tefan Bolcmanova konstanta

Austrijski fiziar, profesor univerziteta u Gracu, Beu, Minhenu i Lajpcigu. Slovenaki fiziar i pisac; profesor Bekog univerziteta.

Vinov zakon pomeranja

Talasna duina koja odgovara maksimumu emisione moi apsolutno crnog tela na datoj temperaturi je obrnuto proporcionalna apsolutnoj temperaturi.gde je

m talasna duina koja odgovara maksimumu emisione moi apsolutno crnog tela

b Vinova konstanta

Nemaki fiziar; profesor univerziteta u Vircburgu i Minhenu. Nobelovu nagradu za fiziku dobio je 1911. godine.

Maksimum emisione moi apsolutno crnog tela sa porastom temperature se pomera ka kraim talasnim duinama.Telo se zagrevanjem prvo usija do crvene, koja daljim zagrevanjem prelazi u narandastu.

Sunev spektarUVvidljivo zraenjeICSunev spektar van atmosfereSpektar apsolutno crnog tela na temperaturi 52500CSunev spektar na nivou mora

Efekat staklene bate

Efekat staklene bate je pojava zagrevanja planete Zemlje nastala poremeajem energetske ravnotee izmeu koliine zraenja koje od Sunca prima i u svemir zrai Zemljina povrina.

Zadaci

1. Odrediti talasnu duinu kojoj odgovara maksimum spektra zraenja pri temperaturi 1000 K.

2. Nai temperaturu tela ako maksimumu spektra njegovog zraenja odgovara talasna duina 600 nm.

3. Kada se temperatura apsolutno crnog tela povea dva puta, talasna duina kojoj odgovara maksimum spektra zraenja promeni se za 400 nm. Odrediti poetnu i krajnju temperaturu tela.

4. Maksimum spektra Sunevog zraenja odgovara talasnoj duini 500 nm. Smatrajui da Sunce zrai kao apsolutno crno telo nai njegovu emisionu mo.

5. Odrediti temperaturu pri kojoj je emisiona mo apsolutno crnog tela 10 kW/m2.

6. Koliko puta je emisiona mo apsolutno crnog tela na 1000C vea nego na 00C?

7. Snaga zraenja apsolutno crnog tela je 10 kW. Nai povrinu koja emituje ako maksimumu spektra zraenja odgovara talasna duina 700 nm.