Čo je odlišné od svetla Slnka: opis a rozdiely

Je ťažké nájsť v dome dve tak radikálne odlišné v meradle objekt ako náš svetelný a pravidelné žiarovky na sto: aj priemerný priemer týchto dvoch sa líši o desať rádov (~ 1,392 · 10 ^ 9 metrov a ~ 0,05 metrov, resp. ) - oba objekty sú však zdrojom svetla av tomto ohľade majú zmysel ich porovnávať.

Spektrum a teplota farby

\ t

Od detstva a prvých nezávislých fyzikálnych experimentov (ako napríklad uvedenie klinec do plameňa kuchynského plynového sporáka alebo vyfukovanie uhlia z ohňa) už vieme, že ak zohrejete materiálne telo správne, začne žiariť - a jasnejšie ako čím viac ho zahrejeme.

Vedci sa už dlho zaujímajú o tú istú otázku, ale pre prísne kvantitatívny a kvalitatívny opis fenoménu museli najprv zaviesť abstraktný koncept - absolútne čierne telo (ACHT). Ide o to, že elektromagnetické žiarenie zo zahriateho telesa (a svetlo je len elektromagnetické žiarenie, ako napríklad rádiové vlny, röntgenové žiarenie atď.) V podstate závisí od toho, aké vlnové dĺžky (segmenty spektra) takéto telo absorbuje.

Princíp je jednoduchý: ak je niečo veľmi dobre absorbované v niektorých pásmach, potom aj v týchto pásmach dobre vyžaruje - to je dôvod, prečo sa takéto abstraktné ideálne absorbujúce a vyžarujúce telo nazýva „čierne“. Zároveň si všimneme, že neideálne telá sa nazývajú „sivé“ alebo „farebné“ - a prostredníctvom vhodných korekcií sa opäť „viažu“ na vlastnosti čierneho tela.

Takže máme ten aktpri akejkoľvek teplote absorbuje všetky žiarenia, ktoré na ňu dopadajú, bez ohľadu na vlnovú dĺžku - ako vyzerá zákon, ktorý opisuje jeho spektrum? Na konci 19. storočia sa tento problém zaoberal fyzik I.Stefan z praktickej stránky a z teoretického materiálu L. Boltzmana sa teraz zodpovedajúce fyzikálne právo v učebniciach nazýva Stefan-Boltzmannov zákon.

Zistilo sa, že výsledná objemová hustota rovnovážneho žiarenia a celková emisivita ABT sú úmerné štvrtej sile jeho absolútnej teploty (pripomeňme, že absolútna teplota sa meria v Kelvinoch a meria sa z absolútnej nuly teploty, ktorá je „chladnejšia“ ako „nula Celsia“, na ktorú sme zvyknutí) o 273 stupňov) - a v učebniciach fyziky bola „predpísaná“ známa „hunchbacked curve“.

Čo to má spoločné s pôvodnou otázkou? Veľmi jednoduché: ukazuje sa, že zodpovedajúca krivka pre Slnko je dokonale opísaná krivkou pre ACHT s teplotou~ 6000 Kelvinov!Vrchol maximálneho žiarenia zároveň leží v oblasti ~ 450 nanometrov (ultrafialové!) - tak opäť hovoríme Ďakujeme veľmi pekne našej pozemskej atmosfére za absorbovanie tohto žiarenia na bezpečnú úroveň, na ktorej môžeme všetci žiť. na povrchu planéty za denného svetla, a nie sedieť v dierach a plaziť sa na povrch len v noci.

A čo naša žiarovka? Jeho horúca špirála tiež dodržiava ten istý zákon, ale výsledná teplota je približne polovičná ako solárna.tavenie volfrámu, z ktorého sa zvyčajne vyrábajú žiarovky, je ~ 3422 stupňov Celzia - ale pracovná teplota nepresahuje -2800 stupňov Celzia) a je asi 3000 Kelvinov. Preto vrchol vyžarovania žiarovky „odchádza“ do oblasti infračerveného žiarenia a nachádza sa v oblasti jedného mikrometra (1000 nanometrov) - to znamená, že žiarovka pre domácnosť je viac „ohrievaná“ ako „osvetľovacie“ zariadenie (účinnosť ~ 6%) a menej energie horšia účinnosť).

Spomeňme ešte jeden praktický aspekt: ​​nové fluorescenčné a LED žiarovky majú zvyčajne farebnú teplotu (t. J. Teplotu AChT s rovnakým farebným tónom) je oveľa vyššia ako žiarovka - a preto je svetlo z takejto lampy „modrejšie“ av nej menej obvyklých červených a žltých tónov (dokonca predstavené špeciálne vlastnosti - "studené", "neutrálne" a "teplé" biele svetlo).

Výkon

Porovnanie celkového vyžarovacieho výkonu žiarovky a Slnka jasne ukazuje monstrózne oddelenie astronomických hodnôt od domácnosti: ak žiarovka vo forme viditeľného svetla a tepla vyžaruje10 ^ 2 wattov , potom Slnko~ 4 * 10 ^ 26 watt- takmer dvadsaťpäť rádov rozdielu! Teraz sa snažte počítať vo vašom voľnom čase, koľko stotín žiaroviek, ktoré trvalo, aby nahradilo slnko a koľko miesta v slnečnej sústave by zaberali ...