Științe > Fizică > Radiații > Conceptul de corp negru
În acest articol vom studia conceptul de corp negru și realizarea sa în practică.
Corpul perfect negru:
Un corp care absoarbe toată căldura radiantă incidentă asupra sa se numește corp perfect negru. Astfel, coeficientul de absorbție al unui corp perfect negru este egal cu 1. De fapt, negrul unui astfel de corp se datorează faptului că el nu reflectă sau transmite nici o parte din căldura incidentă asupra sa.
Nu există în natură nici un corp care să poată fi numit corp perfect negru. În scopuri practice, lampa neagră care absoarbe aproape 98% din căldura incidentă asupra sa este considerată ca fiind un corp perfect negru.
Caracteristicile unui corp perfect negru:
- Un corp perfect negru care absoarbe toată căldura radiantă incidentă asupra sa.
- Coeficientul de absorbție pentru acesta este egal cu 1.
- Negritatea unui astfel de corp se datorează faptului că nu reflectă sau transmite nici o parte din căldura incidentă asupra sa. Astfel, coeficientul de reflexie și coeficientul de transmisie sunt egale cu zero.
Corpul negru al lui Ferry:
Un corp care absoarbe toată căldura radiantă incidentă asupra sa se numește corp perfect negru.
- Construcție: Se poate construi artificial luând o sferă metalică goală, cu pereți dubli, având o gaură mică. Suprafața interioară a sferei este acoperită cu negru de lampă și are o proiecție conică pe partea opusă a găurii.
- Funcționare: Radiația care intră în sferă prin această gaură suferă multiple reflexii. În timpul fiecărei reflexii, aproximativ 98% din căldura radiantă incidentă este absorbită de sferă. Prin urmare, radiația este complet absorbită de sferă în câteva reflexii. În acest fel, sfera acționează ca un corp perfect negru a cărui arie efectivă este egală cu aria găurii.
Spectrul unui corp negru:
Un corp negru emite radiații de toate lungimile de undă posibile de la zero la infinit. Aceste radiații sunt de natură electromagnetică. Aceste radiații nu depind de natura suprafeței corpului negru, ci depind doar de temperatura absolută a acestuia. Radiațiile corpului negru se extind pe toată gama de lungimi de undă a undelor electromagnetice. Distribuția energiei pe toată această gamă de lungimi de undă sau de frecvențe este cunoscută sub numele de spectrul radiațiilor corpului negru.
Un instrument sensibil numit bolometru este folosit pentru a găsi densitatea de energie între lungimile de undă λ și λ + dλ, Prin rotirea prismei instrumentului se găsește această densitate de energie pentru toată gama de lungimi de undă la o temperatură constant ridicată a corpului perfect negru.
Reprezentare grafică:
Caracteristicile spectrului unui corp negru:
- Puterea emisivă a unui corp perfect negru crește odată cu creșterea temperaturii sale pentru fiecare lungime de undă.
- Care curbă are o formă caracteristică și fiecare dintre ele are un maxim, adică puterea emisivă maximă corespunzătoare unei anumite lungimi de undă.
- Poziția maximelor se deplasează spre regiunea ultravioletă (lungime de undă mai mică) odată cu creșterea temperaturii.
- λm T = Constantă (legea de deplasare a lui Wien)
- Suprafața de sub fiecare curbă dă puterea radiantă totală pe unitatea de suprafață a corpului negru la acea temperatură și este direct proporțională cu T4 (Verificarea legii lui Stefan)
Legea de deplasare a lui Wien:
Pentru un corp negru, produsul dintre temperatura sa absolută și lungimea de undă care corespunde radiației maxime de energie este constant.
Așa, λm T = Constantă
Valoarea constantei legii de deplasare a lui Wien este2,898 x 10-3 mK.
Semnificația legii de deplasare a lui Wien:
- Această lege poate fi folosită la suprafața temperaturii stelelor. Este singura metodă de determinare a temperaturii corpurilor cerești.
- Explică schimbarea culorii unui solid la încălzire de la roșu stins (lungime de undă mai mare) la galben (lungime de undă mai mică)la alb (toate lungimile de undă ale spectrului vizibil).
Corecția simplă a radiației:
Căldura specifică a unui solid sau lichid se determină prin metoda amestecurilor. Solidul este încălzit la o temperatură ridicată. Se lasă să cadă într-un calorimetru care conține apă (sau lichid) la temperatura camerei. În final, se notează temperatura maximă a amestecului. Acum, pe măsură ce temperatura amestecului începe să crească, amestecul începe să piardă căldură prin conducție și radiație. Pierderea de căldură prin conducție poate fi minimizată prin înconjurarea amestecului cu un conductor rău de căldură, cum ar fi bumbacul, lâna etc. Cu toate acestea, pierderea de căldură prin radiație nu poate fi oprită.
Prin urmare, temperatura maximă a amestecului este întotdeauna mai mică decât temperatura pe care ar atinge-o dacă nu ar exista radiație. Această corecție care trebuie făcută în temperatura finală a amestecului se numește corecție de radiație.
Metoda de aplicare a corecției de radiație:
Se pornește un cronometru în momentul în care solidul este aruncat în lichid și se notează timpul t necesar pentru ca amestecul să atingă temperatura maximă.
Apoi se lasă amestecul să se răcească pentru timpul t / 2. Fie „θ” temperatura amestecului după timpul t / 2.
Atunci, corecția radiației = Δθ = ½ (θ – θ )
Temperatura maximă corectată a amestecului = θ + Δθ
Efectul de seră:
Suprafața Pământului absoarbe energia termică de la soare și devine o sursă de radiație termică. Lungimea de undă a radiației se află în regiunea infraroșie. O mare parte din radiație este absorbită de gazele cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon, metanul, protoxidul de azot, clorofluorocarburile, ozonul din troposferă. Datorită acestui fapt, atmosfera Pământului se încălzește, iar atmosfera dă mai multă energie Pământului, rezultând o suprafață mai caldă.
Procesul de mai sus se repetă până când nu mai sunt radiații disponibile pentru absorbție. Această încălzire a suprafeței și a atmosferei pământului se numește efect de seră. Semnificația efectului de seră este că menține Pământul mai cald, ceea ce duce la biodiversitate. În absența acestui efect, temperatura Pământului ar fi de -18° C.
Dar, din cauza activităților umane, cantitățile de gaze cu efect de seră cresc rapid, ceea ce face ca Pământul să fie mai cald. Această creștere poate perturba viața plantelor și a animalelor. Ea poate duce la topirea gheții din regiunile polare, ceea ce poate duce la o creștere a nivelului mării, scufundând regiunile de coastă.
Tema anterioară: Legea radiației a lui Kirchhoff
Succesorul subiectului: Legea lui Stefan a radiației
Științe > Fizică > Radiație > Conceptul de corp negru
.