Co se liší od světla slunce: popis a rozdíly

Je těžké najít v domě dva objekty, které jsou tak radikálně odlišné v měřítku než náš světelný a běžná žárovka na sto: i průměrný průměr dvou se liší o deset řádů (~ 1,392 · 10 ^ 9 metrů a ~ 0,05 metru, resp. ) - oba objekty jsou však zdrojem světla a v tomto ohledu má smysl je porovnávat.

Spektrum a teplota barev

Od dětství a prvních nezávislých fyzikálních experimentů (jako je uvedení hřebíku do plamene kuchyňského plynového sporáku nebo vyfukování uhlí z ohně) už víme, že pokud zahřejete hmotné tělo správně, začne zářit - a jasnější než čím více ho zahřejeme.

Vědci se dlouhodobě zajímají o stejnou otázku, ale pro striktně kvantitativní a kvalitativní popis fenoménu museli nejprve představit abstraktní koncept - absolutně černé tělo (ACHT). Jde o to, že elektromagnetické záření ze zahřátého těla (a světlo je jen elektromagnetické záření, jako jsou rádiové vlny, rentgenové paprsky atd.) V podstatě závisí na tom, jaké vlnové délky (segmenty spektra) takové tělo absorbuje.

Princip je jednoduchý: pokud je něco velmi dobře absorbováno v některých pásmech, pak také dobře vyzařuje v těchto pásmech - to je důvod, proč se takové abstraktní ideálně pohlcující a vyzařující tělo nazývá „černé“. Zároveň si všimneme, že neideální tělesa se nazývají „šedá“ nebo „barevná“ - a prostřednictvím vhodných oprav jsou opět „vázána“ na vlastnosti černého těla.

Takže máme ten aktpři jakékoli teplotě pohlcuje veškeré záření, které na něj dopadá, bez ohledu na vlnovou délku - jak vypadá zákon, který popisuje jeho spektrum? Na konci 19. století se tento problém z praktického hlediska ujal fyzik I.Stefan a z teoretického L. Boltzmana se nyní odpovídající fyzikální zákon v učebnicích nazývá Stefan-Boltzmannův zákon.

Bylo zjištěno, že výsledná objemová hustota rovnovážného záření a celková emisivita ABT jsou úměrné čtvrtému výkonu jeho absolutní teploty (připomeňme, že absolutní teplota je měřena v Kelvinech a je měřena od absolutní nuly teploty, která je „chladnější“ než „nula Celsia“, na kterou jsme zvyklí) o 273 stupňů) - a v učebnicích fyziky byla „předepsaná“ známá „zkroucená křivka“.

Co to souvisí s původní otázkou? Velmi jednoduché: Ukazuje se, že odpovídající křivka pro Slunce je dokonale popsána křivkou pro ACHT s teplotou~ 6000 Kelvinů!Vrchol maximálního záření leží zároveň v oblasti ~ 450 nanometrů (ultrafialové!) - tak opět říkáme Děkujeme naší pozemské atmosféře za to, že absorbujeme toto záření na bezpečnou úroveň, na které můžeme všichni žít. na povrchu planety za denního světla, a ne sedět v otvorech a plazit se na povrch pouze v noci.

A co naše žárovka? Jeho horká spirála také dodržuje stejný zákon, ale výsledná teplota je asi polovina sluneční (jedna).tání wolframu, od kterého žárovky jsou obvykle vyrobeny, je ~ 3422 stupňů Celsia - ale pracovní teplota nepřekročí ~ 2800 stupňů Celsia) a je asi 3000 Kelvinů. Vrchol vyzařování žárovky „odjíždí“ do oblasti infračerveného záření a nachází se v oblasti jednoho mikrometru (1000 nanometrů) - to znamená, že žárovka pro domácnost je více „ohřevem“ než „osvětlovací“ zařízení (účinnost ~ 6%) a nižší výkon horší efektivita).

Uveďme ještě jeden praktický aspekt: ​​nové fluorescenční a LED žárovky mají obvykle teplotu barev (tj. Teplotu AChT se stejným barevným tónem) jsou mnohem vyšší než žárovky - a proto je světlo z takové lampy „modřejší“ a v ní méně obvyklých červených a žlutých tónů (dokonce zavedené speciální vlastnosti - „studené“, „neutrální“ a „teplé“ bílé světlo).

Výkon

Srovnání celkové radiační síly žárovky a Slunce jasně ukazuje monstrózní oddělení astronomických hodnot od domácnosti: jestliže žárovka ve formě viditelného světla a tepla vyzařuje10 ^ 2 wattů , pak slunce~ 4 * 10 ^ 26 watt- téměř dvacet pět řádů rozdílu! Nyní se snažte počítat ve svém volném čase, kolik stovek žhavých žárovek nahradilo slunce a kolik místa ve sluneční soustavě zabírají ...