Teško je pronaći u svakodnevnom životu dva predmeta koji su tako radikalno različiti u odnosu na našu svjetlinu i uobičajenu žarulju sa žarnom niti od sto vata: čak se i prosječni promjer razlikuje za deset reda veličine (~ 1.392 × 10 ^ 9 metara i ~ 0,05 metara) - međutim oba su predmeta izvor svjetlosti i u tom je aspektu smisla uspoređivati ih.
Spektar i temperatura u boji
Od djetinjstva i prvih neovisnih fizičkih eksperimenata (poput umetanja nokta u plamen kuhinjske plinske peći ili puhanja ugljena iz vatre), već znamo da ako se tijelo materijala pravilno zagrijava, ono počinje svijetliti - i što je svjetlije jače dobivamo ga zagrijati.
Znanstvenike je dugo zanimalo isto pitanje, ali za strogo kvantitativni i kvalitativni opis fenomena prvo su morali uvesti apstraktni pojam - potpuno crno tijelo (crno tijelo). Stvar je u tome da elektromagnetsko zračenje iz zagrijanog tijela (a svjetlost je upravo elektromagnetsko zračenje, poput radio valova, rendgenskih zraka itd.), U principu, ovisi o duljini valova (dijelovi spektra) koje takvo tijelo apsorbira.
Princip je jednostavan: ako se nešto dobro apsorbira u nekim rasponima, onda je i dobro i zrači u istim rasponima - zato se takvo apstraktno, idealno upijajuće i zračeće tijelo nazivalo "crnim". Uz put, napominjemo da se nesavršena tijela nazivaju "siva" ili "obojena" - i odgovarajućim amandmanima ponovo su "vezana" za svojstva crnog tijela.
Dakle, imamo crno tijelo da pri bilo kojoj temperaturi apsorbira sve zračenje na njemu, bez obzira na valnu duljinu - kako izgleda zakon koji opisuje njegov spektar? Na kraju 19. stoljeća s praktične se strane fizičar I. Stefan bavio tim pitanjem, a na teorijskom L. Boltzmannu, odgovarajući fizički zakon u udžbenicima se danas naziva Stefan-Boltzmannov zakon.Pokazalo se da je rezultirajuća nasipna gustoća ravnotežnog zračenja i ukupna emisivnost crnih tijela proporcionalna četvrtom stupnju njegove apsolutne temperature (podsjetimo se da se apsolutna temperatura mjeri u Kelvinu i računa se od apsolutne nulte temperature, koja je "hladnija" od našeg uobičajenog "nula Celzija" za oko 273 stupnja ) - i dobro poznata „grbava krivulja“ „registrirana“ u udžbenicima fizike.
Kakve to veze ima s izvornim pitanjem? Vrlo jednostavno: ispada da je odgovarajuća krivulja za Sunce savršeno opisana krivuljom za crno tijelo s temperaturom ~ 6000 Kelvina! U isto vrijeme, vrh maksimalnog zračenja leži u području od oko 450 nanometara (ultraljubičasto!) - tako još jednom kažemo Mnogi Zahvaljujući našoj Zemljinoj atmosferi koja je apsorbirala ovo zračenje do one sigurne razine na kojoj svi možemo živjeti na površini planete na na dnevnoj svjetlosti i ne sjediti u rupama i izvući se na površinu samo noću.
Ali što je sa našom žaruljom? Njegova spiralno vruća spirala također se pridržava istog zakona, međutim, rezultirajuća temperatura je otprilike polovina sunčeve (talište volframa, od kojeg se obično izrađuju žarulje sa žarnom niti, je ~ 3422 stupnja Celzijusa - ali radna temperatura ne prelazi ~ 2800 stupnjeva Celzija) i iznosi oko 3000 Kelvina , Stoga se vrh maksimalnog zračenja žarulje sa žarnom niti "odmiče" do infracrvenog područja i nalazi se u području jednog mikrometra (1000 nanometara) - to jest, kućna žarulja sa žarnom niti je vjerojatnije "grijanje" nego uređaj za "osvjetljenje" (učinkovitost ~ 6% - a niža snaga, što je lošija učinkovitost).
snaga
Usporedba ukupnih snaga zračenja žarulje i Sunca jasno pokazuje monstruozno odvajanje astronomskih vrijednosti od kućanskih: ako žarulja u obliku vidljive svjetlosti i topline emitira 10 ^ 2 vata, zatim sunce ~ 4 * 10 ^ 26 vata - gotovo dvadeset i pet reda razlike! Pokušajte sada u slobodno vrijeme izračunati koliko žarulja sa žarnom niti od sto vati treba za zamjenu Sunca i koliko prostora zauzimaju u Sunčevom sustavu ...
