Абсолютно черное тело

Но вот в начале XX в. английский ученый Д. Джине рассчитал состав излучения в полости замкнутого сосуда со стенками, нагретыми до определенной температуры. Свои расчеты Джине основывал на теории Максвелла, считая, что нагретая полость непрерывно испускает волны. Оказалось, что частоты излучения полости определяются только температурой стенок и не зависят от того, из какого материала они сделаны. Если в полости просверлить маленькое по сравнению с ее размерами отверстие, то из него должно выходить излучение, ничем не отличающееся от содержащегося внутри замкнутого сосуда. Такое отверстие излучает так же, как излучало бы абсолютно черное тело (рис. 2).

Рис. 2. Модель абсолютно черного тела. Так называют небольшое круглое отверстие d полого шара (или цилиндра) с зачерненными стенками. Попадающий в отверстие луч 1 обратно не возвращается. После нескольких отражений от зачерненных стенок в точках 2, 3, 4, 5, 6 и т. д. луч поглощается. Поэтому из отверстия d выходит излучение, характер которого определяется только температурой стенок полого шара (или цилиндра). Интересно заметить, что Солнце испускает свет по закону, близкому к закону излучения абсолютно черного тела.

Понятие "абсолютно черное тело" условное. Когда физик что-то называет абсолютно черным, это не нужно понимать буквально. Просто названный так объект полностью поглощает все падающие на него лучи любой длины волны. Отверстие практически полностью поглощает падающий на него свет, но это совсем не означает, что оно не испускает никаких лучей. Происходит как раз обратное: поток излучения единицы площади поверхности абсолютно черного тела больше потока излучения единицы площади поверхности любого другого тела, нагретого до такой же температуры. Причем этот поток излучения очень быстро увеличивается с ростом температуры: он пропорционален ее четвертой степени. Это закон Стефана — Больцмана. Для абсолютно черного тела его записывают в виде ф = сигма*НТ⁴. Здесь ф — поток излучения (Вт), испускаемый поверхностью тела, Н — площадь поверхности (м²), сигма — постоянная Стефана — Больцмана, равная

Оценим по этой формуле поверхностную плотность потока электромагнитного излучения поверхности Солнца. Получим около 75 МВт/м². Это значение совпадает с измеренным, потому что, как уже отмечалось, Солнце излучает по закону, близкому к закону излучения абсолютно черного тела, нагретого до 5800 К (температура поверхности Солнца), хотя вряд ли наше дневное светило похоже на что-то черное.

перейти к началу страницы