Трудно е да се намери в ежедневието два предмета, които са толкова коренно различни по мащаб, отколкото нашата светимост и обичайната крушка с нажежаема сто сто вата: дори средният диаметър на двете се различава с десет порядъка (съответно ~ 1.392 × 10 ^ 9 метра и ~ 0,05 метра) - все пак и двата обекта са източници на светлина и в този аспект има смисъл да се сравняват.
Спектър и цветна температура
Още от детството и първите независими физически експерименти (като забиване на пирон в пламъка на кухненска газова печка или издухване на въглища от огън), вече знаем, че ако материалното тяло се нагрее правилно, то започва да свети - и колкото по-ярко, толкова по-силно ще го получим загрейте.
Учените отдавна се интересуват от един и същ въпрос, но за строго количествено и качествено описание на явлението те първо трябваше да въведат абстрактно понятие - напълно черно тяло (черно тяло). Въпросът е, че по принцип електромагнитното излъчване от нагрято тяло (а светлината е точно електромагнитно излъчване, като радиовълни, рентгенови лъчи и т.н.), по принцип зависи от това какви дължини на вълната (части от спектъра) подобно тяло абсорбира.
Принципът е прост: ако нещо абсорбира много добре в някои диапазони, тогава също е добро и излъчва в същите диапазони - затова такова абстрактно, идеално абсорбиращо и излъчващо тяло беше наречено „черно“. По пътя отбелязваме, че несъвършените тела се наричат „сиви“ или „оцветени“ - и чрез подходящи изменения те отново се „обвързват“ със свойствата на черното тяло.
И така, имаме черното тяло, че при всяка температура той поглъща цялата радиация, падаща върху него, независимо от дължината на вълната - как изглежда законът, който описва неговия спектър? В края на 19 век от практическата страна физикът И. Стефан се занимава с този въпрос, а по теоретичен Л. Болцман съответният физически закон в учебниците вече се нарича закон на Стефан-Болцман.Оказа се, че получената обемна плътност на равновесното излъчване и общата излъчваща способност на черното тяло са пропорционални на четвъртата степен на неговата абсолютна температура (припомнете си, че абсолютната температура се измерва в Келвин и се брои от абсолютната нулева температура, която е „по-студена“ от обичайния ни „нула Целзий“ с около 273 градуса ) - и добре познатата „гърбична крива“ „регистрирана“ в учебниците по физика.
Какво общо има това с първоначалния въпрос? Много просто: оказва се, че съответната крива за Слънцето е перфектно описана от кривата за черното тяло с температура ~ 6000 Келвин! В същото време пикът на максималния радиационен лъч се намира в областта от около 450 нанометра (ултравиолетово!) - затова още веднъж казваме Много благодарение на атмосферата на нашата Земя, че поглъща тази радиация до това безопасно ниво, при което всички ние можем да живеем на повърхността на планетата на дневна светлина и да не седи в дупки и да пълзи на повърхността само през нощта.
Но какво да кажем за нашата крушка? Червената му гореща спирала също се подчинява на същия закон, обаче, получената температура е приблизително половината от тази на слънцето (точката на топене на волфрам, от която обикновено се правят крушки от нишка, е ~ 3422 градуса по Целзий, но работната температура не надвишава ~ 2800 градуса по Целзий) и е около 3000 Келвин , Следователно, пикът на максималното излъчване на лампата с нажежаема жичка "се отдалечава" към инфрачервената област и се намира в областта на един микрометър (1000 нанометра) - тоест, домакинската лампа с нажежаема жичка е по-вероятно да бъде "нагряваща", отколкото "осветително" устройство (ефективност ~ 6% - и по-ниската мощност, т.е. толкова по-лоша е ефективността).
мощност
Сравнението на общите сили на радиация на крушката и Слънцето ясно показва чудовищно отделяне на астрономическите стойности от битовите: ако крушката под формата на видима светлина и топлина излъчва 10 ^ 2 вата, след това слънцето ~ 4 * 10 ^ 26 вата - почти двадесет и пет порядъка на величината разлика! Опитайте се сега да изчислите в свободното си време колко крушки с нажежаема жичка от сто вата ще са необходими, за да заменят Слънцето и колко място ще заемат в Слънчевата система ...
