Cialo doskonale czarne

1
Cialo doskonale czarne

• Maciej Florczuk
• I TR
  
  

2
Cialo czarne (doskonale)

• Cialo czarne (CC) emituje widmo ciagle, którego
  ksztalt zalezy od temperatury
• CC emituje swiatlo na kazdej dlugosci fali l.
• Cialo czarne w wyzszej temperaturze emituje
  wieksza calkowita energie od ciala w nizszej
  temperaturze
• Widmo CC w wyzszej temperaturze posiada maksimum
  na krótszej l niz widmo CC w temperaturze nizszej

3
Co wiedziano w okresie przed powstaniem mechaniki
kwantowej?

• Prawo Stefana-Boltzmana Stefan - eksperyment
  (1879)
• Boltzmann, klasyczna termodynamika (1884)
• W(T) calkowita moc promieniowania na
• jednostke powierzchni na wszystkich
• dlugosciach fali s 5.67 x 10-8 W
  m-2 K-4
• 2. Prawo przesuniec Wiena experyment (1883)
• lmax(T) to dlugosc fali dla której wystepuje
• maksimum swiecenia
• 3. Widmo ciala doskonale
• czarnego
• eksperyment
• teoria klasyczna zawodzi!

lmax T 2.8978 x 10-3 mK
4
Pozostaly jednak problemy

• rozklad spektralny swiecenia ciala doskonale
  czarnego nie jest zrozumialy
• dlaczego maleje dla wysokich czestotliwosci ?
  Klasycznie prawo Rayleigha-Jeansa

5
Obsadzenie poziomów energetycznych w zaleznosci
od temperatury Rozklad Boltzmana
6
Widmo ciala czarnego równanie Rayleigha-Jeansa
Gestosc energii
gdzie Eave srednia energia modu kT z
rozkladu Boltzmanna n(l) liczba
drgajacych modów wneki

• Raleigh- Jeans równanie dobre dla duzych l
  (niskie energie).
• ALE, rosnie do nieskonczonosci dla malych l
  (wysokich energii).? katastrofa w UV!

Rayleigh-Jeans
experiment
7
Promieniowanie ciala doskonale czarnego Max
Planck (1900)

• korpuskularna natura swiatla,
• cialo czarne absorbuje, jak równiez emituje,
  wszystkie dlugosci fal,
• obserwowane widmo promieniowania CDC nie
  odpowiada teorii klasycznej (Rayleigh-Jeans law)
  ? katastrofa w UV

8
Cialo czarne (doskonale), do wyjasnienia emisji
CC potrzebna jest emisja wymuszona
Stimulated Emission
9
Widmo ciala czarnego prawo Plancka
gdzie Eave jest opisane rozkladem
Boseg-Einsteina E hc/l
Rayleigh-Jeans

• prawo Plancka poczatkowo okreslono empirycznie
  (próby i bledy!)
• wyprowadzone z zal skwantowania promieniowania,
  i.e. istnienia fotonów !
• male l ? 0.duze l ? Raleigh-Jeans.

Plancks Law
10
Widmo ciala czarnego prawo Plancka
Max Planck wyjasnil krzywe emisji zakladajac, ze
energia fotonów jest skwantowana E hn h6.626
X 10-34 Joule sec
11
Promieniowanie ciala doskonale czarnego
Cialo doskonale czarne cialo, które absorbuje
cale padajace na nie promieniowanie bez wzgledu
na czestotliwosc.
Rozklad Plancka okresla energie du promieniowania
na jednostke objetosci w zakresie dlugosci fal od
? do ?d?
Gdzie T temperatura, k stala Boltzmanna
(1,38?10-23 J/K), c predkosc swiatla, h stala
Plancka (6,63?10-34 J ? s),
12
Promieniowanie ciala doskonale czarnego
T 1000K
T 800K
T 600K
Widmo promieniowania ciala doskonale czarnego o
róznych temperaturach.
13
Prawa emisji termicznej
14
Prawa emisji termicznej
15
Promieniowanie ciala doskonale czarnego
T1
T2
Prawo Wiena
16
THE END

• Wyrazam zgode na przetwarzanie moich danych
  osobowych i umieszczenie mojej prezentacji na
  stronie szkoly .