Promieniowane ciała doskonale czarnego (CDC)

Prezentacja na temat: "Promieniowane ciała doskonale czarnego (CDC)"— Zapis prezentacji:

1 Promieniowane ciała doskonale czarnego (CDC)
Fizyka współczesna Promieniowane ciała doskonale czarnego (CDC) Wykonali: Marcin Janik i Damian Beksa Kierunek: Górnictwo i Geologia, Górnictwo odkrywkowe, gr.3 Wydział: Górnictwa i Geoinżynierii

2 Plan prezentacji Czym jest ciało doskonale czarne?
Model ciała doskonale czarnego Rozkład widmowy promieniowania CDC Katastrofa w nadfiolecie Hipoteza Plancka – narodziny mechaniki kwantowej Prawo przesunięć Wiena Zastosowanie praw promieniowania Wnioski i podsumowanie Literatura

3 Ciało doskonale czarne
Ciało doskonale czarne – ciało, które absorbuje całe padające na nie promieniowanie bez względu na częstotliwość. Inaczej – ciało, które niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania (promieniowania), całkowicie pochłania padające nań promieniowanie posiadające dowolny skład widmowy. Ciało to nie istnieje w rzeczywistości. Przykład przedmiotów najbliższych ciału doskonale czarnemu: przedmiot pokryty sadzą, przedmiot pokryty czernią bizmutową. Fot. 1. Wnęka symulująca ciało doskonale czarne, Źródło:

4 Model ciała doskonale czarnego
Rys. 1. Model ciała doskonale czarnego

5 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Rozkład widmowy promieniowania CDC charakteryzuje funkcja RT(v) - zwana zdolnością emisyjną ciała. Prawo Stefana: - Boltzmann`a σ – stała Stefana–Boltzmann`a Rys. 2. Otrzymana doświadczalnie zależność RT(v) od v oraz od T, Zródło:

6 Katastrofa w nadfiolecie
niemożliwe !!! Rys. 3. Porównanie rozkładu wynikającego ze wzoru Rayleigha-Jeansa z kształtem rozkładu doświadczalnego, Źródło:

7 RT(v) = ( 8πv 2 / c3 ) * (hv / (ehv/kT - 1))
Hipoteza Plancka I. Oscylator nie może mieć dowolnej energii, lecz tylko energię daną wzorem: E = nhv, gdzie: v - częstotliwość promieniowania oscylatora, h – stała Plancka, n - pewna liczba całkowita (obecnie liczba kwantowa); II. Oscylatory nie wypromieniowują energii w sposób ciągły, lecz porcjami, czyli kwantami, podczas przejścia z jednego stanu w drugi. Wtedy to: ΔE = Δnhv = hv Rozkład promieniowania CDC: RT(v) = ( 8πv 2 / c3 ) * (hv / (ehv/kT - 1))

8 Prawo przesunięć Wiena
Maksimum energii w widmie promieniowania ciała doskonale czarnego występuje dla długości fali max, dla której: vmax ~ T czyli max* T= const Rys. 4. Rozkład Plancka dla różnych temperatur, Źródło:

9 Zastosowanie praw promieniowania
Wyniki badań nad widmami zdolności emisji promieniowania podczerwonego znalazły sporo zastosowań: kamery działające na podczerwień (szpiegowskie), różna aparatura techniczna (profilowanie opon i ich bieżników tak by temperatury powstałe na skutek tarcia im nie szkodziły), mierzenie temperatur – pirometry, przy ogrzewaniu – promienniki.

10 Zastosowanie praw promieniowania
Pirometria – jest to metoda bezdotykowego mierzenia temperatury badanego obiektu. Fot. 2. Współczesny pirometr cyfrowy, Źródło:

11 Rys. 5. Budowa pirometru, Źródło: www.pldocs.org

12 Fot. 3. Pomiar temperatury lawy wulkanicznej, Źródło: www. wikipedia
Fot. 3. Pomiar temperatury lawy wulkanicznej, Źródło:

13 Fot. 4. Pirometryczny pomiar temperatury, Źródło: www.par.pl

14 ` Fot. 5. Pirometryczny pomiar temperatury pieca hutniczego, Źródło:

15 Podsumowanie Pojęcie ciała doskonale czarnego wprowadził Gustav Kirchhoff w 1862. Ciało, której silniej emituje, również silniej absorbuje promieniowanie. Maksimum funkcji intensywności promieniowania opisuje prawo przesunięć Wiena: max* T=const. Gęstość energii promieniowania zależy tylko od temperatury. Rozkład widmowy promieniowania ciała doskonale czarnego charakteryzuje funkcja zwana zdolnością emisyjną ciała. Maksimum energii w widmie promieniowania ciała doskonale czarnego wraz ze wzrostem temperatury przemieszcza się w kierunku coraz mniejszej długości fali (max jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej). Prace Plancka nad promieniowaniem ciała doskonale czarnego są jedną z dziedzin fizyki prowadzącą do powstania mechaniki kwantowej.

16 Źródła R.Resnick, D.Holiday: "Fizyka" tom 5 Jay Orear: "Fizyka" tom 2

17 Dziękujemy za uwagę ;-) UWAGĘ