흑체는 열 방사선을 방출하는 불투명 한 물체입니다. 완벽한 흑체는 모든 들어오는 빛을 흡수하고 그 중 어느 것도 반영하지 않습니다. 이러한 물체는 정상 온도에서 절대적으로 검은 색으로 보일 것입니다 (따라서 흑체라는 용어). 반면에 흑체는 고온으로 가열 될 때 열 방사선으로 빛나기 시작합니다.
실제로, 모든 물체는 온도가 절대 0 이상인 한 열 방사선을 방출하지만, 섭씨 -273.15도), 항목은 열 방사선을 완전히 방출하지 않습니다. 오히려, 일부 파장의 빛은 다른 빛보다 방출/흡수에 더 좋습니다. 이러한 모순으로 인해 평범한 것들을 사용하여 빛, 열 및 물질의 상호 작용을 분석하기가 어렵습니다.
흑체 방사선
열역학적으로 균형 잡힌 물체에 의한 전자기 에너지의 방출은 흑체 방사선이라고합니다. 흑체에 의해 방출되는 총 에너지는 온도에 따라 달라지며 완벽한 흑체가 모든 파장에서 수신 된 방사선을 모두 흡수하고 재개합니다.
물체의 온도가 상승하면 흑체 방사선이 방출되어 일반적인 현상입니다. 물체의 온도와 방사선의 양에 따라 전자기 방사선은 눈에 보이지 않고 보이지 않는 넓은 스펙트럼을 차지합니다.
토스터의 가열 요소와 전구의 필라멘트는 가장 일반적인 예 중 하나입니다. 흑체 방사선의 스펙트럼 강도는 온도에 따라 증가합니다 :실온 물체 (약 300 K)는 원거리 적외선에서 피크 강도로 방사선을 방출합니다. 토스터 필라멘트 및 전구 필라멘트 (각각 약 700K 및 2,000 K)로부터의 방사선은 또한 적외선에서 피크이지만, 스펙트럼은 가시적으로 점진적으로 확장된다; 그리고 태양의 6,000k 표면은 가시적 인 피크 강도로 흑체 방사선을 방출합니다.
예
- 흑체의 가장 간단한 예는 구멍이있는 공동입니다. 구멍에 빛이 발생하면 구멍을 통해 들어가지 만 공동에 의해 다시 반사되지 않습니다.
- 화학적으로 생산되고 탄소 나노 튜브 어레이에 수직으로 정렬되는 니켈-포스 포스 합금은 99.9%의 빛을 흡수하는 슈퍼 블랙 재료입니다.
흑체 방사선의 방사력
흑체는 그것을 때리는 모든 전자기 에너지 (빛 등)를 흡수하는 것입니다. 열 평형을 유지하려면 검은 물질이 방사선을 흡수하는 것과 같은 속도로 방사선을 방출해야하므로 잘 방출해야합니다.
우리는 가열 된 품목에 의해 방출되는 방사선에 익숙합니다.
우리가 물체를 약 1500도 화씨로 가열하면 희미한 붉은 빛이보고 물체를 붉은 뜨거운 것으로 나타냅니다. 우리가 화씨 약 5000도까지 가열하면 태양 표면의 온도에 가깝게 가시적 인 스펙트럼 위에 강하게 방출되고 흰색이 흰색이라고합니다.
.열 평형의 플레이트를 고려함으로써, 흡수 계수에 대한 방사력은 다양한 재료로 만든 플레이트의 경우에도 파장의 함수와 동일해야 함을 입증 할 수있다.
.차이가있는 경우 한 판에서 다른 판으로 순 에너지 전달이있을 수 있으며, 이는 평형 요구 사항을 위반할 수 있습니다.
결과적으로, 흑체 방사력 전력 인 E (ν, t)는 기본 원칙에서 추론 될 수있는 보편적 인 속성입니다.
Rayleigh와 청바지는 공동 내부에 에너지 밀도 (EM 파에서)를 계산하여 흑체 방출 스펙트럼을 계산했습니다. 그들의 계산은 기본 전자기 이론과 장비를 기반으로합니다. 그것은 증거와 모순 될뿐만 아니라 모든 에너지가 고주파 EM 방사선으로 빠르게 방출 될 것이라고 주장했다. 이것은 UV 재해라고 불렀습니다.
판자는 길고 짧은 파장에서 데이터를 정확하게 예측하는 공식을 발견했습니다.
그의 공식은 데이터와 잘 일치하여 그것을 추론하려고 시도했습니다. 그는 E =Hν가있는 Quanta에서 에너지가 방출되었다고 가정하여 몇 달 만 에이 작업을 수행 할 수있었습니다. 고주파수에는 수많은 공동 모드가 있다는 사실에도 불구하고, 이러한 고 에너지 Quanta를 방출 할 확률은 Boltzmann 분포에 따라 빠르게 사라진다. 판자는 계산의 고주파 방사선을 감소시켜 실험과 일치합니다. 판자의 흑체 공식은 hν <
여기서,
K =Boltzmann의 상수, t =절대 온도, H =Planck 's constant
반면에 흑체는 고온으로 가열 될 때 열 방사선으로 빛나기 시작합니다. 흑체는 그것을 공격하는 모든 전자기 에너지를 흡수하는 것입니다. 열 평형을 유지하기 위해 검은 물질은 방사선을 흡수하는 것과 동일한 속도로 방사선을 방출해야하므로 잘 발산됩니다. 우리가 태양 표면의 온도에 가까운 화씨 약 5000도까지 가열하면 가시 스펙트럼 위에 강하게 방출되며 흰색 뜨겁다고합니다. 열 평형의 플레이트를 고려함으로써, 흡수 계수에 대한 방사력은 다양한 재료로 만든 플레이트의 경우에도 파장의 함수와 동일해야 함을 입증 할 수있다. 
결론
