Je ťažké nájsť dva životne radikálne odlišné objekty ako naša hviezda a obyčajná stovka wattová žiarovka: aj priemerný priemer jedného a druhého sa líši o desať rádov (~ 1,392 × 10 ^ 9 metrov a ~ 0,05 metrov) - avšak oba objekty sú zdrojmi svetla av tomto zmysle je rozumné ich porovnávať.
Spektrum a teplota farby
Už od detstva a prvých nezávislých fyzikálnych experimentov (ako je napchnutie klinca do plameňa kuchynského plynového sporáka alebo vyhorenie uhlia z ohňa), už vieme, že ak je materiálne telo správne zahriate, začne žiariť - a čím jasnejšie, tým silnejšie ho získame. zahriať.
Vedci sa už dlho zaujímajú o rovnakú otázku, ale kvôli striktne kvantitatívnemu a kvalitatívnemu opisu tohto fenoménu museli najskôr zaviesť abstraktný koncept - úplne čierne telo (čierne telo). Ide o to, že elektromagnetické žiarenie z vyhrievaného telesa (a svetlo je presne elektromagnetické žiarenie, ako sú rádiové vlny, röntgenové lúče atď.), V zásade závisí od toho, aké vlnové dĺžky (časti spektra) takéto telo absorbuje..
Princíp je jednoduchý: ak niečo absorbuje veľmi dobre v niektorých rozsahoch, potom je tiež dobré a vyžaruje v rovnakých rozsahoch - preto sa také abstraktné, ideálne absorbujúce a vyžarujúce telo nazývalo „čierne“. Poznamenávame, že nedokonalé telá sa nazývajú „sivé“ alebo „sfarbené“ - a prostredníctvom vhodných zmien a doplnení sú opäť „zviazané“ s vlastnosťami čierneho tela..
Máme teda čierneho telesa, že pri akejkoľvek teplote absorbuje všetky dopadajúce žiarenie, bez ohľadu na vlnovú dĺžku - ako vyzerá zákon, ktorý opisuje jeho spektrum? Na konci 19. storočia sa z praktického hľadiska touto otázkou zaoberal fyzik I. Stefan a z teoretického hľadiska L. Boltzmann sa zodpovedajúce fyzikálne právo v učebniciach označuje ako Stefan-Boltzmannov zákon..Ukázalo sa, že výsledná objemová hustota rovnovážneho žiarenia a celková emisivita čierneho telesa sú úmerné štvrtému stupňu jeho absolútnej teploty (pripomínajúc, že absolútna teplota sa meria v kelvine a počíta sa od absolútnej nulovej teploty, ktorá je „chladnejšia“ pomocou našej obvyklej „nulovej Celzia“ približne o 273 stupňov). ) - a „známa krivka hrbáča“ „registrovaná“ vo fyzických učebniciach.
Čo to má spoločné s pôvodnou otázkou? Veľmi jednoduché: ukázalo sa, že zodpovedajúca krivka pre Slnko je dokonale opísaná krivkou pre čierne telieska s teplotou ~ 6000 Kelvinov! Vrchol maximálneho žiarenia zároveň leží v oblasti ~ 450 nanometrov (ultrafialové!) - preto opäť hovoríme Ďakujeme atmosfére našej Zeme, že toto žiarenie absorbovalo na bezpečnú úroveň, na ktorej môžeme všetci žiť na povrchu planéty pri za denného svetla a nesedieť v dierach a plaziť sa na povrch iba v noci.
Ale čo naša žiarovka? Jeho horúca špirála sa tiež riadi rovnakým zákonom, avšak výsledná teplota je približne polovica teploty slnka (teplota topenia volfrámu, z ktorého sa obvykle vyrábajú žiarovky, je ~ 3422 stupňov Celzia - ale pracovná teplota nepresahuje ~ 2800 stupňov Celzia) a je okolo 3000 Kelvinov , Vrchol maximálneho žiarenia žiarovky sa „pohne preč“ do infračervenej oblasti a nachádza sa v oblasti jedného mikrometra (1 000 nanometrov) - to znamená, že žiarovka pre domácnosť bude „ohrievať“ ako „osvetľovacie“ zariadenie (účinnosť ~ 6% -) a tým nižší je výkon, horšia efektivita).
energie
Porovnanie celkových radiačných síl žiarovky a Slnka jasne ukazuje monštruózne oddelenie astronomických hodnôt od hodnôt v domácnosti: ak žiarovka vo forme viditeľného svetla a tepla vyžaruje 10 ^ 2 watty, potom slnko ~ 4 * 10 ^ 26 wattov - takmer dvadsaťpäť rádov veľkého rozdielu! Skúste teraz vo svojom voľnom čase vypočítať, koľko stoviek wattových žiaroviek by bolo potrebných na nahradenie Slnka a koľko miesta by zaberali v slnečnej sústave ...
