Co se liší od světla slunce: popis a rozdíly

Je těžké najít v domě dva objekty, které jsou tak radikálně odlišné v měřítku než naše svítidlo a obyčejné žárovky na sto: i průměrný průměr těchto dvou se liší o deset řádů (~ 1, 392 · 10 ^ 9 metrů a ~ 0, 05 metru) - nicméně Oba objekty jsou zdrojem světla av tomto aspektu má smysl je porovnávat.

Spektrální a barevná teplota

Od dětství a prvních nezávislých fyzikálních experimentů (jako je uvedení hřebíku do plamene plynového sporáku nebo vyhoření uhlí z ohně) už víme, že pokud je hmotné tělo správně zahříváno, začne svítit - a čím jasnější, tím silnější jsme zahřát

Vědci se dlouhodobě zajímají o stejnou otázku, ale pro striktně kvantitativní a kvalitativní popis tohoto 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 oblastech, pak také dobře vyzařuje ve stejném rozsahu - proto se takové abstraktní ideální absorbující 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 ABT, že při jakékoliv teplotě absorbuje veškeré záření, které na něj dopadá, bez ohledu na vlnovou délku - jak vypadá zákon popisující 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.

Ukázalo se, že výsledná objemová hustota rovnovážného záření a celková emisivita ABT jsou úměrné čtvrtému stupni jeho absolutní teploty (připomeňme, že absolutní teplota je měřena v Kelvinech a je měřena od absolutní nuly teploty, která je „chladnější“ než 273 stupňů Celsia) ) - a v učebnicích fyziky byla „předepsána“ známá „křivka hřbetu“.

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! Současně vrchol maxima záření leží v oblasti ~ 450 nanometrů (ultrafialové!) - proto opět říkáme Děkujeme naší pozemské atmosféře za to, že toto záření absorbujeme na bezpečnou úroveň, na které můžeme všichni žít na povrchu planety. Denní světlo, a ne sedět v otvorech a plazit se na povrch pouze v noci.

A co naše žárovka? Jeho horká spirála také se řídí stejným zákonem, ale výsledná teplota je o polovinu sluneční teplota (bod tání wolframu, od kterého žárovky žárovek 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 lampy 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 méně běžné než červené - žluté tóny (jsou zavedeny i speciální vlastnosti - „studené“, „neutrální“ a „teplé“ bílé světlo).

Napájení

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