Ono što se razlikuje od sunčevog svjetla: opis i razlike

Teško je u domu pronaći dva predmeta koji su tako radikalno različiti u mjerilu od naše svjetiljke i redovne žarulje sa žarnom niti na stotinu: čak je i prosječni promjer dva različita za deset redova veličine (~ 1.392 · 10 ^ 9 metara i ~ 0.05 metara, odnosno ) - međutim, oba objekta su izvori svjetlosti, iu tom pogledu ima smisla usporediti ih.

Spektar i temperatura boje

Od djetinjstva i prvih samostalnih fizikalnih pokusa (poput stavljanja čavla u plamen kuhinjskog štednjaka ili paljenja ugljena iz vatre), već znamo da ako pravilno zagrijete materijalno tijelo, ono počinje sjajiti - i svjetlije od što ga više zagrijavamo.

Znanstvenici su već dugo zainteresirani za isto pitanje, ali za strogo kvantitativni i kvalitativni opis fenomena prvo su morali uvesti apstraktni koncept - apsolutno crno tijelo (ACHT). Stvar je u tome da elektromagnetsko zračenje iz grijanog tijela (i svjetlo je samo elektromagnetsko zračenje, poput radiovalova, rendgenskih zraka, itd.) U osnovi ovisi o tome koje valne duljine (segmenti spektra) takvo tijelo apsorbira.

Princip je jednostavan: ako se nešto dobro apsorbira u nekim trakama, onda također dobro zrači u tim trakama - zato se takvo apstraktno idealno apsorbirajuće i zračeće tijelo naziva "crno". Istodobno, napominjemo da se neidealna tijela nazivaju “sivim” ili “obojenim” - i, kroz odgovarajuće ispravke, ponovno su “vezana” na svojstva crnog tijela.

Dakle, mi imamo taj činna bilo kojoj temperaturi apsorbira svo zračenje koje pada na njega, bez obzira na valnu duljinu - kako izgleda zakon koji opisuje njegov spektar? Krajem 19. stoljeća fizičar I.Stefan se bavio ovim pitanjem s praktične strane, a od teorijskog L. Boltzmana, odgovarajući fizički zakon u udžbenicima sada se naziva Stefan-Boltzmannov zakon.

Utvrđeno je da je rezultirajuća volumna gustoća ravnotežnog zračenja i ukupna emisivnost ABT-a proporcionalna četvrtoj snazi ​​njegove apsolutne temperature (prisjetimo se da je apsolutna temperatura izmjerena u Kelvinu i mjeri se od apsolutne nule temperature, koja je „hladnija“ od „nula Celzija“ za 273 stupnjeva) - au udžbenicima fizike "propisana" je poznata "grbava krivulja".

Kakve to veze ima s izvornim pitanjem? Vrlo jednostavno: ispada da je odgovarajuća krivulja za Sunce savršeno opisana krivuljom za ACHT s temperaturom od~ 6000 Kelvina!U isto vrijeme, vrhunac maksimalnog zračenja leži u području od ~ 450 nanometara (ultraljubičasto!) - pa još jednom kažemo Hvala puno našoj zemaljskoj atmosferi za apsorbiranje tog zračenja na sigurnu razinu na kojoj svi možemo živjeti. na površini planeta pri dnevnoj svjetlosti, a ne sjediti u rupama i puzati van na površinu samo noću.

A što je s našom žaruljom? Njegova vruća spirala podliježe istom zakonu, ali je rezultirajuća temperatura oko polovine solarne (Taljenje volframa, od kojeg se obično proizvode žarulje od filamenta, iznosi ~ 3422 stupnja Celzijusa - ali radna temperatura ne prelazi ~ 2800 stupnjeva Celzija i iznosi oko 3000 Kelvina. Dakle, vrhunac zračenja žarulje sa žarnom niti "odlazi" u područje infracrvenog zračenja i nalazi se u području od jednog mikrometra (1000 nanometara) - to jest, kućna žarulja sa žarnom niti je više "grijana" od uređaja "rasvjete" (učinkovitost ~ 6%) i manje snage što je lošija učinkovitost).

Spomenimo još jedan praktični aspekt: ​​nove fluorescentne i LED svjetiljke obično imaju temperaturu boje (tj. AChT temperatura s istim tonom boje) je mnogo veća od žarulje sa žarnom niti - i stoga je svjetlo iz takve svjetiljke „plavlje“ iu njemu manje od uobičajenih crvenih i žutih tonova (čak su uvedene posebne značajke - "hladno", "neutralno" i "toplo" bijelo svjetlo).

Snaga

Usporedba ukupne snage zračenja žarulje i Sunca jasno pokazuje monstruozno odvajanje astronomskih vrijednosti od kućanstva: ako žarulja u obliku vidljive svjetlosti i topline zrači10 ^ 2 vata , onda Sunce~ 4 * 10 ^ 26 watt- gotovo dvadeset pet redova razlike! Sada pokušajte u svoje slobodno vrijeme računati koliko je stotinu žarulja sa žarnom niti bilo potrebno za zamjenu sunca i koliko prostora u Sunčevom sustavu zauzimaju ...