Tiểu sử Đặc trưng Phân tích

Thân đen hoàn toàn có màu gì? Thân đen thuần khiết

- một sự trừu tượng vật lý được sử dụng trong nhiệt động lực học, một vật thể hấp thụ hoàn toàn bức xạ ở mọi phạm vi tới nó. Bất chấp tên gọi của nó, bản thân vật đen có thể phát ra bức xạ điện từ. Phổ bức xạ của một vật đen hoàn toàn chỉ được xác định bởi nhiệt độ của nó. Mô hình thực tế của vật đen sẽ là một hộp có một lỗ nhỏ và các bức tường bị đen, vì ánh sáng đi vào hộp qua lỗ sẽ trải qua nhiều phản xạ và bị hấp thụ mạnh. Màu đen sâu của một số vật liệu (than, nhung đen) và đồng tử của mắt người cũng được giải thích theo cơ chế tương tự.
Thuật ngữ này được Gustav Kirchhoff đặt ra vào năm 1862.

Cường độ bức xạ của vật đen phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số được xác định theo định luật Planck:

Ở đâu TÔI (?) d ? – công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích bề mặt phát xạ trên một đơn vị góc khối trong dải tần từ? trước? + d ?

Tổng năng lượng bức xạ nhiệtđược xác định theo định luật Stefan-Boltzmann:

Ở đâu F là công suất trên một đơn vị diện tích bề mặt bức xạ và

W / (m 2 K 4) – đã trở thành Stefan-Boltzmann.

Bước sóng tại đó năng lượng bức xạ cực đại được xác định theo định luật dịch chuyển Wien:

Ở đâu T là nhiệt độ tính bằng Kelvin, và ? tối đabước sóng s với cường độ tối đa tính bằng mét.
Màu sắc nhìn thấy được các vật thể đen tuyệt đối có nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong sơ đồ bên phải.
Sự chuyển động của các tia sáng trong một vật thể hoàn toàn đen Có thể tạo ra một vật thể gần như đen tuyệt đối một cách nhân tạo bằng cách biến đổi bề mặt bên trong của một vật thể mờ đục được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định bằng một khoang và một lỗ nhỏ. Bất kỳ tia nào đi qua lỗ A vào khoang C trên thực tế đều không quay trở lại và do đó chịu nhiều sự phản xạ và hấp thụ. Vậy lỗ A hấp thụ tia giống như một vật đen hoàn toàn.
Cần lưu ý rằng kích thước hình học Một vật đen hoàn toàn đặt ra những giới hạn tự nhiên về độ dài của sóng điện từ có thể truyền qua nó. Thật vậy, nếu bước sóng lớn hơn kích thước của vật đen thì đơn giản là không thể nhìn thấy nó từ các bức tường trong đó. Thực tế này đặc biệt quan trọng trong vũ trụ học, khi mô hình hóa Vũ trụ dưới dạng một vật thể hoàn toàn đen trên giai đoạn đầu phát triển, đặc biệt khi xem xét bức xạ nền vi sóng vũ trụ.
Khái niệm vật thể đen tuyệt đối được sử dụng rộng rãi trong vật lý thiên văn. Bức xạ của Mặt trời gần bằng bức xạ của một vật thể như vậy có nhiệt độ 6000K. Toàn bộ vũ trụ tràn ngập cái gọi là bức xạ nền vi sóng vũ trụ, gần với bức xạ vật đen với nhiệt độ 3K. So sánh tổng bức xạ của các ngôi sao với bức xạ của vật thể đó cho phép chúng ta ước tính gần đúng nhiệt độ hiệu dụng của ngôi sao. Độ lệch bức xạ của ngôi sao so với bức xạ của vật thể đen thường khá dễ nhận thấy. Ở sâu trong Mặt trời và các ngôi sao, được nung nóng đến hàng chục triệu độ, bức xạ từ độ chính xác cao tương ứng với bức xạ đó.
Để triển khai thực tế mô hình vật đen, cần đảm bảo khả năng làm nóng đồng đều các thành của hộp và phát xạ bức xạ ra ngoài qua một lỗ nhỏ. Một trong những mẫu thử nghiệm đầu tiên của vật đen là một thiết bị do Lummer và Pringsheim chế tạo. Đó là một thùng kim loại có thành đôi (tương tự như bộ điều nhiệt). Khoảng không gian giữa các bức tường được sử dụng làm “bể nhiệt độ” để duy trì nhiệt độ nhất định và đồng đều. Điều này đạt được bằng cách cho hơi nước đi qua nước sôi hoặc nhiệt độ thấp– bằng cách đổ đầy nước đá, carbon dioxide rắn, không khí lỏng, v.v.
Nghiên cứu bức xạ ở nhiệt độ cao một thân màu đen có thiết kế khác đã được sử dụng. Một hình trụ làm bằng tấm bạch kim, qua đó điện, cần thiết để làm nóng đồng đều xi lanh sứ bên trong. Nhiệt độ bên trong xi lanh được đo bằng cặp nhiệt điện và các màng ngăn ngăn chặn sự làm mát bằng không khí xuyên qua.
Với sự trợ giúp của những thiết bị đơn giản như vậy - mô hình vật đen, các định luật bức xạ đã được nghiên cứu thực nghiệm, các hằng số của nó được xác định chính xác và sự phân bố quang phổ của độ sáng đã được nghiên cứu.

Mật độ phổ bức xạ của vật đen hoàn toàn là chức năng phổ quát bước sóng và nhiệt độ. Điều này có nghĩa là thành phần quang phổ và năng lượng bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen không phụ thuộc vào bản chất của vật thể đó.

Các công thức (1.1) và (1.2) cho thấy rằng khi biết mật độ quang phổ và tích phân của vật thể hoàn toàn đen, chúng có thể được tính cho bất kỳ vật thể không phải màu đen nào nếu biết hệ số hấp thụ của vật thể sau, hệ số hấp thụ này phải được xác định bằng thực nghiệm.

Nghiên cứu đã dẫn đến các định luật sau về bức xạ của vật đen.

1. Định luật Stefan-Boltzmann: Mật độ bức xạ tích phân của một vật đen tuyệt đối tỷ lệ với lũy thừa bốn của nhiệt độ tuyệt đối của nó

Kích cỡ σ gọi điện hằng số Stefan- Boltzmann:

σ = 5,6687·10 -8 J m - 2 s - 1 K – 4.

Năng lượng tỏa ra theo thời gian t vật thể hoàn toàn đen với bề mặt bức xạ Sở nhiệt độ không đổi T,

W=σT 4 St

Nếu nhiệt độ cơ thể thay đổi theo thời gian, tức là. T = T(t), Cái đó

Định luật Stefan-Boltzmann cho thấy công suất bức xạ tăng cực kỳ nhanh khi nhiệt độ tăng. Ví dụ, khi nhiệt độ tăng từ 800 lên 2400 K (tức là từ 527 lên 2127 ° C), bức xạ của vật thể hoàn toàn đen tăng 81 lần. Nếu một vật đen hoàn toàn được bao quanh bởi một môi trường có nhiệt độ T 0, khi đó mắt sẽ hấp thụ năng lượng do chính môi trường phát ra.

Trong trường hợp này, sự chênh lệch giữa công suất bức xạ phát ra và bức xạ hấp thụ có thể được biểu thị gần đúng bằng công thức

U=σ(T 4 – T 0 4)

Định luật Stefan-Boltzmann không áp dụng được cho vật thật, vì các quan sát cho thấy nhiều hơn nghiện phức tạp R vào nhiệt độ, cũng như hình dạng của vật thể và tình trạng bề mặt của nó.

2. Định luật dịch chuyển của Wien. Bước sóng λ 0, chiếm mật độ quang phổ tối đa của bức xạ vật đen, tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật đen:

λ 0 = hoặc λ 0 T = b.

Không thay đổi b, gọi điện định luật hằng số Tội lỗi, tương đương với b = 0,0028978 m K ( λ tính bằng mét).

Do đó, khi nhiệt độ tăng, không chỉ tổng bức xạ tăng mà sự phân bố năng lượng trên quang phổ cũng thay đổi. Ví dụ, ở nhiệt độ cơ thể thấp họ nghiên cứu chủ yếu tia hồng ngoại và khi nhiệt độ tăng, bức xạ chuyển sang màu đỏ, cam và cuối cùng là màu trắng. Trong bộ lễ phục. Hình 2.1 biểu diễn đường cong phân bố thực nghiệm của năng lượng bức xạ vật đen theo bước sóng tại nhiệt độ khác nhau: từ chúng có thể thấy rõ mật độ phổ cực đại của bức xạ dịch chuyển về phía sóng ngắn khi nhiệt độ ngày càng tăng.

3. Định luật Planck. Định luật Stefan-Boltzmann và định luật dịch chuyển Wien không giải quyết được vấn đề chính là mật độ bức xạ quang phổ lớn đến mức nào ở mỗi bước sóng trong quang phổ của vật đen ở nhiệt độ T.Để làm điều này, bạn cần thiết lập một sự phụ thuộc chức năng từ λ T.

Dựa trên ý tưởng về tính chất liên tục của sự phát xạ sóng điện từ và định luật phân bố năng lượng đều theo bậc tự do (được chấp nhận trong vật lý cổ điển), người ta đã thu được hai công thức cho mật độ quang phổ và bức xạ của vật đen :

1) Công thức rượu vang

Ở đâu Mộtb- hằng số;

2) Công thức Rayleigh-Jeans

bạn λТ = 8πkT λ – 4 ,

Ở đâu k- hằng số Boltzmann. Thử nghiệm thực nghiệm đã chỉ ra rằng ở một nhiệt độ nhất định, công thức Wien đúng đối với sóng ngắn (khi λT rất nhỏ và mang lại sự hội tụ sắc nét của trải nghiệm trong vùng sóng dài. Công thức Rayleigh-Jeans hóa ra đúng với sóng dài và hoàn toàn không thể áp dụng cho sóng ngắn (Hình 2.2).

Như vậy vật lý cổ điển hóa ra không thể giải thích được định luật phân bố năng lượng trong phổ bức xạ của một vật đen hoàn toàn.

Để xác định loại hàm bạn λТ cần có những ý tưởng hoàn toàn mới về cơ chế phát xạ ánh sáng. Năm 1900, M. Planck đưa ra giả thuyết rằng hấp thụ và phát thải năng lượng bức xạ điện từ nguyên tử và phân tử chỉ có thể tồn tại ở những “phần” riêng biệt,được gọi là lượng tử năng lượng. Độ lớn của lượng tử năng lượng ε tỷ lệ thuận với tần số bức xạ v(tỷ lệ nghịch với bước sóng λ ):

ε = hv = hc/λ

Hệ số tỷ lệ h = 6,625·10 -34 J·s và được gọi là Hằng số của Planck. Trong phần nhìn thấy được của quang phổ đối với bước sóng λ = 0,5 µm thì giá trị lượng tử năng lượng bằng:

ε = hc/λ= 3,79·10 -19 J·s = 2,4 eV

Dựa trên giả định này, Planck đã thu được một công thức cho bạn λТ:

Ở đâu k– hằng số Boltzmann, Với- tốc độ ánh sáng trong chân không. l Đường cong tương ứng với hàm số (2.1) cũng được thể hiện trên hình 2. 2.2.

Từ định luật Planck (2.11), ta thu được định luật Stefan-Boltzmann và định luật dịch chuyển Wien. Thật vậy, đối với mật độ bức xạ tích phân, chúng ta thu được

Tính toán bằng công thức này cho kết quả trùng khớp với ý nghĩa thực nghiệm Hằng số Stefan-Boltzmann.

Định luật dịch chuyển Wien và hằng số của nó có thể thu được từ công thức Planck bằng cách tìm cực đại của hàm bạn λТ, tại sao đạo hàm của bạn λТ Qua λ , và bằng không. Việc tính toán dẫn đến công thức:

Tính hằng số b công thức này cũng cho kết quả trùng với giá trị thực nghiệm của hằng số Wien.

Chúng ta hãy xem xét những ứng dụng quan trọng nhất của định luật bức xạ nhiệt.

MỘT. Nguồn ánh sáng nhiệt. Số đông nguồn nhân tạoánh sáng là nguồn phát nhiệt (đèn sợi đốt điện, đèn hồ quang thông thường, v.v.). Tuy nhiên, những nguồn sáng này không tiết kiệm lắm.

Ở § 1 người ta đã nói rằng mắt chỉ nhạy cảm với một phần rất hẹp của quang phổ (từ 380 đến 770 nm); tất cả các sóng khác không có tác dụng cảm giác thị giác. Độ nhạy tối đa của mắt tương ứng với bước sóng λ = 0,555 µm. Dựa trên đặc tính này của mắt, người ta cần yêu cầu từ các nguồn sáng sự phân bố năng lượng trong quang phổ sao cho mật độ bức xạ quang phổ tối đa sẽ rơi vào bước sóng. λ = 0,555 µm hoặc hơn. Nếu chúng ta lấy một vật đen tuyệt đối làm nguồn như vậy, thì sử dụng định luật dịch chuyển Wien, chúng ta có thể tính được nhiệt độ tuyệt đối của nó:

Vì vậy, nguồn sáng nhiệt có lợi nhất phải có nhiệt độ 5200 K, tương ứng với nhiệt độ bề mặt mặt trời. Sự trùng hợp ngẫu nhiên này là kết quả của sự thích ứng sinh học của thị giác con người với sự phân bố năng lượng trong quang phổ. bức xạ năng lượng mặt trời. Nhưng ngay cả nguồn sáng này hiệu quả(tỷ lệ năng lượng bức xạ khả kiến ​​với Tổng năng lượng tổng bức xạ) sẽ nhỏ. Về mặt đồ họa trong hình. 2.3 hệ số này được biểu thị bằng tỉ số diện tích S 1S; quảng trường S 1 biểu thị năng lượng của bức xạ trong vùng khả kiến ​​của quang phổ, S- toàn bộ năng lượng bức xạ.

Tính toán cho thấy ở nhiệt độ khoảng 5000-6000 K, hiệu suất ánh sáng chỉ đạt 14-15% (đối với vật thể đen hoàn toàn). Ở nhiệt độ của các nguồn sáng nhân tạo hiện có (3000 K), hiệu suất này chỉ đạt khoảng 1-3%. “Công suất ánh sáng” thấp như vậy của bộ phát nhiệt được giải thích là do trong quá trình chuyển động hỗn loạn của các nguyên tử và phân tử, không chỉ sóng ánh sáng (nhìn thấy) bị kích thích mà cả các sóng điện từ khác không có tác dụng ánh sáng lên vật thể. mắt. Vì vậy, không thể ép cơ thể có chọn lọc chỉ phát ra những sóng mà mắt nhạy cảm: những sóng vô hình cũng được phát ra.

Nguồn sáng nhiệt độ hiện đại quan trọng nhất là đèn điện sợi đốt có dây tóc vonfram. Điểm nóng chảy của vonfram là 3655 K. Tuy nhiên, làm nóng dây tóc đến nhiệt độ trên 2500 K là nguy hiểm, vì vonfram ở nhiệt độ này bị nguyên tử hóa rất nhanh và dây tóc bị phá hủy. Để giảm hiện tượng phún xạ dây tóc, người ta đề xuất đổ đầy đèn bằng khí trơ (argon, xenon, nitơ) ở áp suất khoảng 0,5 atm. Điều này giúp có thể tăng nhiệt độ của dây tóc lên 3000-3200 K. Ở nhiệt độ này, mật độ phổ tối đa của bức xạ nằm trong vùng sóng hồng ngoại (khoảng 1,1 micron), do đó tất cả các đèn sợi đốt hiện đại đều có hiệu suất hơi nhiều hơn 1%.

B. Nhiệt kế quang học. Các định luật về bức xạ của vật đen nêu trên cho phép xác định nhiệt độ của vật đen nếu biết bước sóng λ 0 , tương ứng với mức tối đa bạn λТ(theo định luật Wien), hoặc nếu biết giá trị của mật độ bức xạ tích phân (theo định luật Stefan-Boltzmann). Những phương pháp xác định nhiệt độ cơ thể từ bức xạ nhiệt trong cabin nhiệt kế quang học; chúng đặc biệt hữu ích khi đo nhiệt độ rất cao. Vì các định luật nêu trên chỉ áp dụng cho vật thể hoàn toàn đen nên phép đo nhiệt kế quang học dựa trên chúng cho kết quả kết quả tốt chỉ khi đo nhiệt độ các vật thể mới có đặc tính gần như đen hoàn toàn. Trong thực tế, đây là các lò nung của nhà máy, lò nung trong phòng thí nghiệm, lò nồi hơi, v.v. Hãy xem xét ba cách để xác định nhiệt độ của bộ phát nhiệt:

MỘT. Phương pháp dựa trên định luật dịch chuyển của Wien. Nếu chúng ta biết bước sóng tại đó mật độ phổ cực đại của bức xạ rơi vào thì nhiệt độ cơ thể có thể được tính bằng công thức (2.2).

Đặc biệt, nhiệt độ trên bề mặt Mặt trời, các ngôi sao, v.v. được xác định theo cách này.

Đối với vật thể không phải màu đen, phương pháp này không cho nhiệt độ thực của cơ thể; nếu có một cực đại trong phổ phát xạ và chúng ta tính toán T theo công thức (2.2), thì phép tính cho chúng ta nhiệt độ của một vật thể hoàn toàn đen, có sự phân bố năng lượng gần như giống nhau trong quang phổ như vật được thử. Trong trường hợp này, màu bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen sẽ giống với màu của bức xạ đang nghiên cứu. Nhiệt độ cơ thể này được gọi là nhiệt độ màu.

Nhiệt độ đầy màu sắc Dây tóc của đèn sợi đốt có nhiệt độ 2700-3000 K, rất gần với nhiệt độ thực của nó.

b. Phương pháp đo nhiệt độ bức xạ dựa trên việc đo mật độ bức xạ tích phân của cơ thể R và tính nhiệt độ của nó bằng định luật Stefan-Boltzmann. Các thiết bị tương ứng được gọi là nhiệt kế bức xạ.

Đương nhiên, nếu vật thể bức xạ không hoàn toàn đen thì nhiệt kế bức xạ sẽ không cho nhiệt độ thực của vật thể mà sẽ hiển thị nhiệt độ của vật thể hoàn toàn đen mà tại đó mật độ bức xạ tích phân của vật thể sau bằng bức xạ tích phân mật độ của cơ thể thử nghiệm. Nhiệt độ cơ thể này được gọi là sự bức xạ, hoặc năng lượng, nhiệt độ.

Trong số những nhược điểm của nhiệt kế bức xạ, chúng tôi chỉ ra việc không thể sử dụng nó để xác định nhiệt độ của các vật thể nhỏ, cũng như ảnh hưởng của môi trường nằm giữa vật thể và nhiệt kế hấp thụ một phần bức xạ.

V. TÔI phương pháp độ sáng để xác định nhiệt độ. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên sự so sánh trực quan giữa độ sáng của dây tóc nóng của đèn hỏa kế với độ sáng của hình ảnh của thân thử nghiệm được làm nóng. Thiết bị này là một chiếc kính thiên văn có đèn điện đặt bên trong, chạy bằng pin. Sự bình đẳng, được quan sát trực quan thông qua bộ lọc đơn sắc, được xác định bởi sự biến mất của hình ảnh sợi dây trên nền của hình ảnh cơ thể nóng bỏng. Dây tóc được điều chỉnh bằng một biến trở và nhiệt độ được xác định bằng thang đo ampe kế, chia độ trực tiếp theo nhiệt độ.

Phân cực ánh sáng là quá trình sắp xếp các dao động của vectơ cường độ điện trường sóng ánh sáng khi ánh sáng truyền qua một số chất nhất định (trong quá trình khúc xạ) hoặc khi một dòng ánh sáng bị phản xạ. Có một số cách để tạo ra ánh sáng phân cực.

1) Phân cực bằng Polaroids. Polaroid là màng celluloid được phủ một lớp mỏng tinh thể quinine sulfate. Việc sử dụng kính phân cực hiện là phương pháp phân cực ánh sáng phổ biến nhất.

2) Phân cực bằng phản xạ. Nếu một chùm ánh sáng tự nhiên rơi trên một bề mặt được đánh bóng màu đen thì chùm tia phản xạ bị phân cực một phần. Gương hoặc kính cửa sổ thông thường được đánh bóng khá tốt, được sơn đen một mặt bằng vecni nhựa đường, có thể được sử dụng làm máy phân cực và máy phân tích.

Góc tới được duy trì càng chính xác thì mức độ phân cực càng lớn. Đối với thủy tinh, góc tới là 57°.

3) Phân cực thông qua khúc xạ. Chùm ánh sáng bị phân cực không chỉ trong quá trình phản xạ mà còn trong quá trình khúc xạ. Trong trường hợp này, một chồng gồm 10-15 tấm kính mỏng xếp lại với nhau, đặt ở góc 57° so với các tia sáng chiếu tới chúng, được sử dụng làm máy phân cực và máy phân tích.

Bán sỉhành động thực tếsự thấu đáo, khả năng của một môi trường gây ra sự quay của mặt phẳng phân cực đi qua nó bức xạ quang học(Sveta).

góc quay j của mặt phẳng phân cực phụ thuộc tuyến tính vào độ dày tôi lớp hoạt chất(hoặc dung dịch của nó) và nồng độ Với của chất này - j = [a] lc(hệ số [a] gọi là O. a. riêng); 2) quá trình quay trong một môi trường nhất định xảy ra theo chiều kim đồng hồ (j > 0) hoặc ngược chiều kim đồng hồ (j< 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. người Nga e sự tôn kính của St. e vậy, sự thay đổi đặc tính của dòng bức xạ quang học (ánh sáng) trong quá trình tương tác với vật chất. Những đặc điểm này có thể là sự phân bố không gian của cường độ, phổ tần số và sự phân cực của ánh sáng. Thường R. s. chỉ sự thay đổi hướng truyền ánh sáng gây ra bởi tính không đồng nhất về không gian của môi trường mới được gọi là sự phát sáng không phù hợp của môi trường.

SCATERINGINDEX, nghịch đảo của khoảng cách mà tại đó dòng bức xạ tạo thành một chùm ánh sáng song song bị suy giảm do đó sự tán xạ trong môi trường gấp 10 lần hoặc e lần.

liên quan e tôi là ZachN, cho biết cường độ TÔIánh sáng tán xạ bởi môi trường tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng l của ánh sáng tới ( TÔI~ l -4) trong trường hợp môi trường gồm các hạt điện môi có kích thước nhỏ hơn nhiều so với l . Tôi rass ~1/ 4



44. hấp thụ e của St. e vậy, giảm cường độ bức xạ quang học (ánh sáng) đi qua môi trường vật chất, do các quá trình tương tác của nó với môi trường. Năng lượng ánh sáng ở P. s. đi vào hình dạng khác nhau năng lượng bên trong môi trường hoặc thành phần bức xạ quang học; nó có thể được phát xạ lại hoàn toàn hoặc một phần bởi môi trường ở các tần số khác với tần số của bức xạ bị hấp thụ.

Định luật Bouguer Ý nghĩa vật lý là quá trình mất đi của chùm photon trong môi trường không phụ thuộc vào mật độ của chúng trong chùm ánh sáng, tức là. về cường độ ánh sáng và nửa chiều dài I.

I=I 0 điểm kinh nghiệm(λl ); l - bước sóng,  λ - tốc độ hấp thụ, tôi 0- cường độ chùm tia hấp thụ.

Sâu bọ e ra - L MỘT Mberta - B e càoN, xác định độ suy giảm dần của chùm ánh sáng đơn sắc (một màu) song song khi nó truyền trong chất hấp thụ. Nếu sức mạnh của chùm tia đi vào một lớp chất dày tôi, tương đương với TÔI o thì theo B.-L.-B. h., công suất chùm tia khi thoát khỏi lớp

TÔI(tôi)= tôie- c cl,

trong đó c là chỉ số hấp thụ ánh sáng riêng, tính trên đơn vị nồng độ Với chất quyết định độ hấp thụ;

Tỷ lệ hấp thụ (k tôi), nghịch đảo của khoảng cách mà tại đó vật đơn sắc dòng bức xạ tần số n, tạo thành một chùm tia song song, bị suy giảm do sự hấp thụ vật chất trong e lần hoặc 10 lần. Đo bằng cm -1 hoặc m-1 . Trong quang phổ học và một số ngành quang học ứng dụng khác, thuật ngữ "PP" theo truyền thống được sử dụng để biểu thị hệ số hấp thụ.

Tỷ lệ hấp thụ mol

Độ truyền qua là tỷ số giữa dòng bức xạ truyền qua môi trường và dòng bức xạ tới bề mặt của nó. t = F/F 0

Mật độ quang học là thước đo độ mờ của một lớp chất đối với tia sáng D = log(-F 0 /F)

Minh bạch về môi trường- tỷ số giữa độ lớn của dòng bức xạ truyền qua mà không đổi hướng qua một lớp môi trường có độ dày đơn vị với độ lớn của dòng bức xạ tới (nghĩa là không tính đến ảnh hưởng của sự tán xạ và ảnh hưởng của các hiệu ứng lên các bề mặt) .

45. Bức xạ nhiệt- bức xạ điện từ có phổ liên tục, phát ra từ các vật thể bị đốt nóng do năng lượng nhiệt của chúng.

Tuyệt đối cơ thể màu đen - một sự lý tưởng hóa vật lý được sử dụng trong nhiệt động lực học, một vật thể hấp thụ tất cả các bức xạ điện từ tới nó trong mọi phạm vi và không phản xạ bất cứ thứ gì. Bất chấp tên gọi, một vật thể hoàn toàn màu đen có thể tự phát ra bức xạ điện từ ở bất kỳ tần số nào và có màu sắc về mặt thị giác. Phổ bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen chỉ được xác định bởi nhiệt độ của nó.

Thân màu xám- đây là vật thể có hệ số hấp thụ không phụ thuộc vào tần số mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

Đối với thân màu xám

THÂN XÁM- thân hình, hệ số hấp thụ nhỏ hơn 1 và không phụ thuộc vào bước sóng bức xạ và abs. nhiệt độ T. Coef. sự hấp thụ (còn gọi là hệ số đen S.t.) của tất cả cơ thể thật phụ thuộc vào (sự hấp thụ chọn lọc) và T, do đó chúng chỉ có thể được coi là màu xám trong các khoảng và T, trong đó hệ số khoảng Vĩnh viễn. Trong vùng khả kiến ​​của quang phổ, các đặc tính của bức xạ mặt trời có than đá( = 0,80 ở 400-900 K), bồ hóng ( = 0,94-0,96 ở 370-470 K); bạch kim và bismuth đen hấp thụ và phát ra ánh sáng trong phạm vi rộng nhất - từ ánh sáng khả kiến ​​đến 25-30 micron (= 0,93-0,99).

Các định luật cơ bản của bức xạ:

Định luật Stefan-Boltzmann- định luật bức xạ vật đen. Xác định sự phụ thuộc của năng lượng bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen vào nhiệt độ của nó. Tuyên bố của pháp luật:

mức độ đen ở đâu (đối với tất cả các chất, đối với vật thể hoàn toàn đen). Sử dụng định luật Planck cho bức xạ, hằng số σ có thể được định nghĩa là

hằng số Planck ở đâu, k- Hằng số Boltzmann, c- tốc độ ánh sáng.

Giá trị số J s −1 m −2 K −4.

Định luật bức xạ Kirchhoff - định luật vật lý, được nhà vật lý người Đức Kirchhoff thành lập vào năm 1859.

Trong công thức hiện đại của nó, luật được viết như sau:

Tỷ lệ giữa độ phát xạ của bất kỳ vật thể nào với khả năng hấp thụ của nó là như nhau đối với tất cả các vật thể ở nhiệt độ nhất định trong một tần số nhất định và không phụ thuộc vào hình dạng cũng như bản chất hóa học của chúng.

Người ta biết rằng khi bức xạ điện từ chiếu vào một vật nào đó thì một phần bị phản xạ, một phần bị hấp thụ và một phần có thể truyền đi. Phần bức xạ được hấp thụ ở tần số xác định được gọi là khả năng hấp thụ thân hình. Mặt khác, mọi vật nóng đều phát ra năng lượng theo một định luật nào đó gọi là sự phát xạ của cơ thể.

Các giá trị của và có thể thay đổi rất nhiều khi di chuyển từ cơ thể này sang cơ thể khác, tuy nhiên, theo định luật bức xạ Kirchhoff, tỷ lệ khả năng phát xạ và hấp thụ không phụ thuộc vào bản chất của cơ thể và là một hàm phổ biến của tần số ( bước sóng) và nhiệt độ:

Bước sóng tại đó năng lượng bức xạ của một vật đen hoàn toàn đạt cực đại được xác định bởi Định luật dịch chuyển Wien:

Ở đâu T là nhiệt độ tính bằng Kelvin và λ max là bước sóng có cường độ cực đại tính bằng mét.

Đặc điểm của bức xạ nhiệt

Các vật thể được làm nóng đến nhiệt độ cao tới 424e43ie sẽ phát sáng. Sự phát sáng của vật do đun nóng gọi là bức xạ nhiệt (nhiệt độ). Bức xạ nhiệt, phổ biến nhất trong tự nhiên, xảy ra do năng lượng chuyển động nhiệt của các nguyên tử và phân tử của một chất (tức là do nội năng của nó) và là đặc trưng của mọi vật thể ở nhiệt độ trên 0 K. Bức xạ nhiệt được đặc trưng bằng phổ liên tục, vị trí cực đại của nó phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao, sóng điện từ ngắn (nhìn thấy và tia cực tím) được phát ra, trong khi ở nhiệt độ thấp, sóng điện từ dài (hồng ngoại) chủ yếu được phát ra.

Bức xạ nhiệt thực tế là loại bức xạ duy nhất có thể trạng thái cân bằng. Giả sử rằng một vật được nung nóng (bức xạ) được đặt trong một hộp được giới hạn bởi một lớp vỏ phản xạ lý tưởng. Theo thời gian, do sự trao đổi năng lượng liên tục giữa cơ thể và bức xạ, trạng thái cân bằng sẽ xảy ra, tức là cơ thể sẽ hấp thụ nhiều năng lượng trên một đơn vị thời gian khi nó phát ra. Giả sử rằng sự cân bằng giữa cơ thể và bức xạ bị xáo trộn vì lý do nào đó và cơ thể phát ra nhiều năng lượng hơn mức hấp thụ. Nếu trong một đơn vị thời gian cơ thể thải ra nhiều hơn lượng hấp thụ (hoặc ngược lại), thì nhiệt độ cơ thể sẽ bắt đầu giảm (hoặc tăng). Kết quả là lượng năng lượng phát ra từ cơ thể sẽ bị suy yếu (hoặc già đi) cho đến khi cuối cùng trạng thái cân bằng được thiết lập. Tất cả các loại bức xạ khác đều không cân bằng.

Đặc điểm định lượng bức xạ nhiệt phục vụ mật độ phổ của năng lượng độ sáng (độ phát xạ) của vật thể≈ công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích bề mặt của vật thể trong dải tần có độ rộng đơn vị:

ở đâu d ≈ năng lượng của bức xạ điện từ phát ra trên một đơn vị thời gian (công suất bức xạ) trên một đơn vị diện tích bề mặt cơ thể trong dải tần số từ N trước N+d N.

Đơn vị mật độ phổ của độ sáng năng lượng ( Rn,T) ≈jun trên mét bình phương(J/m2).

Công thức viết có thể được biểu diễn dưới dạng hàm của bước sóng:

Bởi vì c=ln, Cái đó

trong đó dấu trừ chỉ ra rằng từ tuổi 424e43ie; sự vắng mặt của một trong các đại lượng ( N hoặc tôi)đại lượng khác giảm đi. Vì vậy, trong phần tiếp theo chúng ta sẽ bỏ dấu trừ. Như vậy,

Sử dụng công thức (197.1) bạn có thể đi từ R n,T ═ĐẾN R l,T và ngược lại.

Biết mật độ quang phổđộ sáng năng lượng, có thể được tính toán độ sáng năng lượng tích phân (độ phát xạ tích phân)(nó được gọi đơn giản là độ sáng năng lượng của cơ thể), được tổng hợp trên tất cả các tần số:

Khả năng hấp thụ bức xạ tới của vật thể được đặc trưng bởi khả năng hấp thụ quang phổ

cho thấy phần năng lượng được mang lại trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt của cơ thể bởi các vật thể tới sóng điện từ tần số từ N trước N+d N, được cơ thể hấp thụ. Khả năng hấp thụ quang phổ là một đại lượng không thứ nguyên. Số lượng Rn,T═và Con kiến phụ thuộc vào bản chất của cơ thể, nhiệt độ nhiệt động của nó, đồng thời khác nhau đối với các bức xạ có tần số khác nhau. Vì vậy, những giá trị này được gọi là nhất định TN(hay đúng hơn là đủ 424e43ie; chính xác là dải tần hẹp từ N trước N+d N).

Một vật có khả năng hấp thụ hoàn toàn ở bất kỳ nhiệt độ nào mọi bức xạ thuộc bất kỳ tần số nào tới nó được gọi là vật đen. Do đó, khả năng hấp thụ quang phổ của vật đen đối với mọi tần số và nhiệt độ đều bằng 1 ( ). Trong tự nhiên không có vật thể đen tuyệt đối, nhưng những vật thể như bồ hóng, đen bạch kim, nhung đen và một số vật thể khác, ở một dải tần số nhất định, gần giống với chúng về đặc tính.

Mô hình lý tưởng vật đen là một khoang kín có một lỗ nhỏ VỀ, bề mặt bên trong bị đen đi (Hình 286). Một tia sáng đi vào khoang như vậy sẽ chịu nhiều phản xạ từ các bức tường, do đó cường độ bức xạ phát ra thực tế bằng 0. Kinh nghiệm cho thấy rằng khi kích thước lỗ nhỏ hơn 0,1 đường kính hộp, bức xạ tới ở mọi tần số đều bị hấp thụ hoàn toàn. Kết quả là, cửa sổ mở của những ngôi nhà nhìn từ mặt phố có màu đen, mặc dù bên trong các phòng gần như sáng do sự phản chiếu ánh sáng từ các bức tường.

Cùng với khái niệm vật đen, khái niệm này được sử dụng cơ thể màu xám≈ một vật thể có khả năng hấp thụ nhỏ hơn đơn vị, nhưng giống nhau ở mọi tần số và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, vật liệu và trạng thái bề mặt của vật thể. Do đó, đối với vật thể màu xám = TẠI= hằng

Việc nghiên cứu bức xạ nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra lý thuyết lượng tử về ánh sáng nên cần xem xét các định luật tuân theo của nó.

Độ sáng năng lượng của cơ thểR T, về số lượng bằng năng lượng W, do cơ thể phát ra trên toàn bộ dải bước sóng (0<<) trên một đơn vị bề mặt cơ thể, trên một đơn vị thời gian, ở nhiệt độ cơ thể T, I E.

(1)

Độ phát xạ cơ thểr ,T về số lượng bằng năng lượng của cơ thể dW, do một cơ thể phát ra từ một đơn vị bề mặt cơ thể, trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ cơ thể T, trong phạm vi bước sóng từ  đến  +d, những thứ kia.

(2)

Đại lượng này còn được gọi là mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng của cơ thể.

Độ sáng năng lượng có liên quan đến độ phát xạ theo công thức

(3)

Độ hấp thụ thân hình  ,T- một con số biểu thị phần năng lượng bức xạ tới bề mặt của vật thể được nó hấp thụ trong phạm vi bước sóng từ  đến  +d, những thứ kia.

. (4)

Một cơ thể dành cho  ,T =1 trên toàn bộ dải bước sóng được gọi là vật đen tuyệt đối (BLB).

Một cơ thể dành cho  ,T = hằng<1 trên toàn bộ phạm vi bước sóng được gọi là màu xám.

46. ​​​​Dụng cụ vật lý đặc biệt gọi là máy đo độ nhạy có thể đo lượng năng lượng mặt trời nhận được trên bề mặt trái đất trên một đơn vị diện tích trên một đơn vị thời gian. Trước tia nắng mặt trời Khi chúng chạm tới bề mặt Trái đất và đi vào máy đo độ nhạy, chúng phải đi qua toàn bộ độ dày của bầu khí quyển của chúng ta, do đó một phần năng lượng sẽ bị khí quyển hấp thụ. Độ lớn của sự hấp thụ này thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào trạng thái của khí quyển, do đó lượng năng lượng mặt trời nhận được trên bề mặt trái đất ở những thời điểm khác nhau là rất khác nhau.

Hằng số mặt trời là lượng năng lượng nhận được bởi một centimet vuông diện tích tiếp xúc ở ranh giới bầu khí quyển trái đất vuông góc với tia sáng Mặt trời, trong một phút tính bằng lượng calo nhỏ. Từ một loạt các quan sát đo độ nhạy từ nhiều đài quan sát địa vật lý, người ta đã thu được giá trị sau đây cho hằng số mặt trời:

A = 1,94 cal/cm2 phút.

Trên 1 mét vuông bề mặt của địa điểm ở vùng lân cận Trái đất đối diện với Mặt trời, 1400 J năng lượng được truyền bởi bức xạ điện từ mặt trời được nhận mỗi giây. Giá trị này được gọi là hằng số mặt trời. Nói cách khác, mật độ dòng năng lượng của bức xạ mặt trời là 1,4 kW/m2.

PHỔ MẶT TRỜI - sự phân bố năng lượng của bức xạ điện từ Mặt trời trong phạm vi bước sóng từ vài phần nm (bức xạ gamma) đến sóng vô tuyến đo được. Ở vùng khả kiến, quang phổ mặt trời gần với quang phổ của vật thể hoàn toàn đen ở nhiệt độ khoảng 5800 K; có năng lượng cực đại trong vùng 430-500 nm. Quang phổ mặt trời là quang phổ liên tục, trên đó có hơn 20 nghìn vạch hấp thụ (vạch Fraunhofer) của các nguyên tố hóa học khác nhau được xếp chồng lên nhau.

Actinmét- thiết bị đo cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp. Nguyên lý hoạt động của alumina dựa trên sự hấp thụ bức xạ tới bởi bề mặt bị đen và chuyển đổi năng lượng của nó thành nhiệt. A. là một thiết bị tương đối, bởi vì Cường độ bức xạ được đánh giá bằng nhiều hiện tượng khác nhau đi kèm với sự gia nhiệt, trái ngược với nhiệt kế kế - dụng cụ tuyệt đối. Ví dụ, nguyên lý hoạt động của máy đo độ nhạy Michelson dựa trên việc đốt nóng một tấm lưỡng kim bị đen do bồ hóng bởi tia nắng mặt trời. 1 , được ép từ sắt và invar. Khi nung nóng, sắt sẽ giãn ra và invar hầu như không giãn nở vì nhiệt nên tấm bị uốn cong. Lượng uốn đóng vai trò là thước đo cường độ bức xạ mặt trời. Dùng kính hiển vi quan sát chuyển động của sợi thạch anh , nằm ở cuối tấm.

Vào cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học khi nghiên cứu sự tương tác của bức xạ điện từ (đặc biệt là ánh sáng) với các nguyên tử vật chất, đã gặp phải những vấn đề nghiêm trọng chỉ có thể giải quyết được trong khuôn khổ cơ học lượng tử, mà theo nhiều cách, nảy sinh do thực tế là những vấn đề này đã nảy sinh. Để hiểu vấn đề đầu tiên và có lẽ là nghiêm trọng nhất, hãy tưởng tượng một chiếc hộp đen lớn với bề mặt bên trong được tráng gương và trên một trong những bức tường có một lỗ nhỏ được tạo ra. Một tia sáng xuyên qua một lỗ cực nhỏ xuyên qua một chiếc hộp sẽ đọng lại bên trong mãi mãi, phản chiếu vô tận trên các bức tường. Một vật không phản chiếu ánh sáng nhưng hấp thụ hoàn toàn ánh sáng sẽ có màu đen, đó là lý do tại sao nó thường được gọi là cơ thể màu đen. (Vật thể màu đen, giống như nhiều hiện tượng vật lý mang tính khái niệm khác, là một vật thể thuần túy giả thuyết, mặc dù, ví dụ, một quả cầu rỗng, được nung nóng đều được phản chiếu từ bên trong, trong đó ánh sáng xuyên qua một lỗ nhỏ duy nhất, là một sự gần đúng.)

Tuy nhiên, bạn có thể đã nhìn thấy những điểm tương đồng khá gần với vật thể màu đen trong thực tế. Ví dụ, trong một lò sưởi, có một số khúc gỗ được xếp gần như chặt chẽ với nhau và một khoang khá lớn sẽ cháy bên trong chúng. Bên ngoài khúc gỗ vẫn tối và không phát sáng, trong khi bên trong khoang cháy nhiệt (bức xạ hồng ngoại) và ánh sáng tích tụ lại, các tia này bị phản xạ nhiều lần khỏi thành khoang trước khi thoát ra ngoài. Nếu bạn nhìn vào khoảng trống giữa các khúc gỗ như vậy, bạn sẽ thấy ánh sáng rực rỡ ở nhiệt độ cao màu vàng cam và từ đó bạn sẽ bừng bừng sức nóng theo đúng nghĩa đen. Các tia đơn giản bị giữ lại một thời gian giữa các khúc gỗ, giống như ánh sáng bị giữ lại và hấp thụ hoàn toàn bởi hộp đen mô tả ở trên.

Mô hình hộp đen như vậy giúp chúng ta hiểu được ánh sáng được hấp thụ bởi vật thể màu đen hoạt động như thế nào, tương tác với các nguyên tử trong chất của nó. Ở đây, điều quan trọng là phải hiểu rằng ánh sáng được hấp thụ bởi một nguyên tử, ngay lập tức được phát ra bởi nó và được hấp thụ bởi một nguyên tử khác, lại phát ra và hấp thụ, và điều này sẽ xảy ra cho đến khi đạt đến trạng thái bão hòa cân bằng. Khi một vật đen được nung nóng đến trạng thái cân bằng, cường độ phát xạ và hấp thụ của các tia bên trong vật đen bằng nhau: khi một lượng ánh sáng nhất định có tần số nhất định được hấp thụ bởi một nguyên tử, một nguyên tử khác ở đâu đó bên trong cũng đồng thời phát ra tia tương tự. lượng ánh sáng có cùng tần số. Do đó, lượng ánh sáng bị hấp thụ ở mỗi tần số trong vật đen vẫn giữ nguyên, mặc dù các nguyên tử khác nhau của vật thể hấp thụ và phát ra nó.

Cho đến thời điểm này, hành vi của vật đen vẫn còn khá dễ hiểu. Các vấn đề trong khuôn khổ vật lý cổ điển (theo “cổ điển” ở đây chúng tôi muốn nói đến vật lý trước sự ra đời của cơ học lượng tử) bắt đầu khi cố gắng tính năng lượng bức xạ được lưu trữ bên trong vật đen ở trạng thái cân bằng. Và hai điều nhanh chóng trở nên rõ ràng:

  • Tần số sóng của các tia càng cao thì chúng càng tích tụ bên trong vật đen (nghĩa là bước sóng của phần quang phổ nghiên cứu của sóng bức xạ càng ngắn thì càng có nhiều tia thuộc phần quang phổ này bên trong vật đen). được dự đoán bởi lý thuyết cổ điển);
  • Tần số của sóng càng cao thì nó càng mang nhiều năng lượng và theo đó, năng lượng được lưu trữ bên trong vật đen càng nhiều.

Tổng hợp lại, hai kết luận này dẫn đến một kết quả không thể tưởng tượng nổi: năng lượng bức xạ bên trong vật đen phải là vô hạn! Sự nhạo báng độc ác các định luật vật lý cổ điển này được mệnh danh là thảm họa tia cực tím, vì bức xạ tần số cao nằm trong phần tử ngoại của quang phổ.

Trật tự được lập lại bởi nhà vật lý người Đức Max Planck ( cm. Hằng số Planck) - ông đã chỉ ra rằng vấn đề sẽ được giải quyết nếu chúng ta giả sử rằng các nguyên tử chỉ có thể hấp thụ và phát ra ánh sáng một phần và chỉ ở những tần số nhất định. (Sau này Albert Einstein đã khái quát hóa ý tưởng này bằng cách đưa ra khái niệm photon- các phần bức xạ ánh sáng được xác định chặt chẽ.) Theo sơ đồ này, nhiều tần số bức xạ được vật lý cổ điển dự đoán đơn giản là không thể tồn tại bên trong vật đen, vì các nguyên tử không thể hấp thụ hoặc phát ra chúng; Theo đó, những tần số này bị loại khỏi việc xem xét khi tính toán bức xạ cân bằng bên trong vật đen. Bằng cách chỉ để lại những tần số cho phép, Planck đã ngăn chặn thảm họa tia cực tím và đưa khoa học đi theo con đường hiểu biết chính xác về cấu trúc của thế giới ở cấp độ hạ nguyên tử. Ngoài ra, ông còn tính toán sự phân bố tần số đặc trưng của bức xạ vật đen cân bằng.

Sự phân bố này đã nổi tiếng khắp thế giới trong nhiều thập kỷ sau khi được chính Planck công bố, khi các nhà vũ trụ học phát hiện ra rằng bức xạ nền vi sóng vũ trụ mà họ phát hiện ra ( cm. Vụ nổ lớn) tuân theo chính xác phân bố Planck về đặc điểm quang phổ của nó và tương ứng với bức xạ của vật đen ở nhiệt độ khoảng ba độ trên độ không tuyệt đối.

Một cơ thể hoàn toàn đen là một đối tượng tinh thần, thể chất, được lý tưởng hóa. Điều thú vị là nó không nhất thiết phải có màu đen. Ở đây vấn đề lại khác.

suất phản chiếu

Tất cả chúng ta đều nhớ (hoặc ít nhất đáng lẽ phải nhớ) từ một khóa học vật lý ở trường rằng khái niệm “albedo” ám chỉ khả năng phản xạ ánh sáng của bề mặt vật thể. Ví dụ, lớp tuyết phủ trên các chỏm băng trên hành tinh của chúng ta có khả năng phản chiếu tới 90% ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng. Điều này có nghĩa là chúng được đặc trưng bởi suất phản chiếu cao. Không có gì đáng ngạc nhiên khi nhân viên của các trạm vùng cực thường bị buộc phải đeo kính râm khi làm việc. Xét cho cùng, nhìn tuyết thuần khiết cũng gần giống như nhìn Mặt trời bằng mắt thường. Về vấn đề này, mặt trăng Enceladus của Sao Thổ có hệ số phản xạ kỷ lục trong toàn bộ hệ mặt trời, bao gồm gần như hoàn toàn là băng nước, có màu trắng và phản ánh gần như toàn bộ bức xạ tới trên bề mặt của nó. Mặt khác, một chất như bồ hóng có suất phản chiếu nhỏ hơn 1%. Tức là nó hấp thụ khoảng 99% bức xạ điện từ.

Thân đen hoàn toàn: mô tả

Ở đây chúng ta đến điều quan trọng nhất. Chắc hẳn người đọc đoán rằng vật đen hoàn toàn là vật có bề mặt có khả năng hấp thụ tuyệt đối mọi bức xạ tới nó. Tuy nhiên, điều này hoàn toàn không có nghĩa là một vật thể như vậy sẽ vô hình và về nguyên tắc không thể phát ra ánh sáng. Không, không nên nhầm lẫn nó với lỗ đen. Nó có thể có màu sắc và thậm chí có thể nhìn thấy được, nhưng bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen sẽ luôn được xác định bởi nhiệt độ của chính nó chứ không phải bởi ánh sáng phản xạ. Nhân tiện, điều này không chỉ tính đến quang phổ mà mắt người có thể nhìn thấy mà còn tính đến tia cực tím, bức xạ hồng ngoại, sóng vô tuyến, tia X, bức xạ gamma, v.v. Như đã đề cập, vật thể hoàn toàn đen không tồn tại trong tự nhiên. Tuy nhiên, đặc điểm của nó trong hệ sao của chúng ta được đáp ứng đầy đủ nhất là Mặt trời phát ra nhưng hầu như không phản xạ ánh sáng (phát ra từ các ngôi sao khác).

Lý tưởng hóa phòng thí nghiệm

Những nỗ lực tạo ra những vật thể hoàn toàn không phản chiếu ánh sáng đã được thực hiện từ cuối thế kỷ 19. Trên thực tế, vấn đề này đã trở thành một trong những điều kiện tiên quyết cho sự xuất hiện của cơ học lượng tử. Trước hết, điều quan trọng cần lưu ý là bất kỳ photon nào (hoặc bất kỳ hạt bức xạ điện từ nào khác) được một nguyên tử hấp thụ sẽ ngay lập tức được nó phát ra và được hấp thụ bởi một nguyên tử lân cận, rồi phát ra trở lại. Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi đạt được trạng thái bão hòa cân bằng trong cơ thể. Tuy nhiên, khi một vật đen bị nung nóng đến trạng thái cân bằng tương tự, cường độ ánh sáng mà nó phát ra sẽ bằng cường độ ánh sáng mà nó hấp thụ.

Trong cộng đồng khoa học gồm các nhà vật lý, một vấn đề nảy sinh khi cố gắng tính toán năng lượng bức xạ này sẽ là bao nhiêu, năng lượng được lưu trữ bên trong vật đen ở trạng thái cân bằng. Và đây là một khoảnh khắc tuyệt vời. Sự phân bố năng lượng trong quang phổ của một vật thể hoàn toàn đen ở trạng thái cân bằng có nghĩa là năng lượng bức xạ bên trong nó là vô tận. Vấn đề này được gọi là thảm họa tia cực tím.

Giải pháp của Planck

Người đầu tiên tìm ra giải pháp có thể chấp nhận được cho vấn đề này là nhà vật lý người Đức Max Planck. Ông cho rằng bất kỳ bức xạ nào cũng được các nguyên tử hấp thụ không liên tục mà một cách rời rạc. Đó là, theo từng phần. Sau này những phần như vậy được gọi là photon. Hơn nữa, sóng từ phóng xạ chỉ có thể được hấp thụ bởi các nguyên tử ở những tần số nhất định. Các tần số không phù hợp chỉ cần đi qua, điều này giải quyết được vấn đề năng lượng vô hạn của phương trình cần thiết.