Nehéz két olyan tárgyat találni, amelyek élettartama szempontjából annyira radikálisan különbözik a csillagoktól és a szokásos száz wattos izzólámpaktól: még az egyik és a másik átmérője is tíz nagyságrenddel különbözik (~ 1,392 × 10 ^ 9 méter és ~ 0,05 méter) - mindazonáltal mindkét tárgy fényforrás, és ebben a vonatkozásban érdemes összehasonlítani őket.
Spektrum és színhőmérséklet
A gyermekkortól és az első független fizikai kísérletektől (mint például egy köröm kitöltése a konyhai gáztűzhely lángjába vagy a szén felfújása a tűzből) már tudjuk, hogy ha egy anyagtestet megfelelően hevítünk, akkor az izzani kezd - és minél világosabb, annál erősebb leszünk. felmelegszik.
A tudósokat már régóta érdekli ugyanaz a kérdés, de a jelenség szigorúan mennyiségi és minőségi leírása érdekében először absztrakt fogalmat kellett bevezetniük - egy teljesen fekete testet (fekete testet). A lényeg az, hogy a fűtött test elektromágneses sugárzása (és a fény pontosan elektromágneses sugárzás, például rádióhullámok, röntgen stb.) Elvben attól függ, hogy milyen hullámhosszon (spektrumrészen) egy ilyen test elnyeli.
Az elv egyszerű: ha valami bizonyos tartományokban nagyon jól felszívódik, akkor az is jó, és ugyanabban a tartományban sugárzik - ezért egy ilyen elvont, ideálisan elnyelő és sugárzó testet "fekete" -nek hívtak. Mindeközben megjegyezzük, hogy a tökéletlen testeket „szürke” vagy „színes” -nek nevezzük - és megfelelő módosítások révén ismét „kötjük” a fekete test tulajdonságainak.
Tehát van egy fekete test, amely bármilyen hőmérsékleten elnyeli az összes bekövetkező sugárzást, függetlenül a hullámhossztól - hogyan néz ki a spektrumát leíró törvény? A 19. század végén a gyakorlati oldalon I. Stefan fizikus foglalkozott ezzel a kérdéssel, az elméleti L. Boltzmann esetében pedig a tankönyvekben szereplő megfelelő fizikai törvényt most Stefan-Boltzmann-törvénynek nevezik..Kiderült, hogy az egyensúlyi sugárzás eredő tömegsűrűsége és a fekete test teljes emissziós képessége arányos annak abszolút hőmérséklete negyedik fokával (emlékezzünk arra, hogy az abszolút hőmérsékletet Kelvinben mértük, és az abszolút nulla hőmérséklettől számoljuk, amely a szokásos „nulla Celsius” -nál kb. 273 fokkal „hidegebb”) ) - és a közismert "púpos görbe", amelyet "regisztráltak" a fizika tankönyvekbe.
Mi köze ennek az eredeti kérdéshez? Nagyon egyszerű: kiderül, hogy a Nap megfelelő görbéjét tökéletesen leírja a hőmérséklettel rendelkező fekete test görbéje ~ 6000 Kelvin! Ugyanakkor a sugárzási maximum csúcsa ~ 450 nanométer (ultraibolya!) Tartományban fekszik - ezért ismét köszönetet mondunk a Föld légkörének, hogy elnyeli ezt a sugárzást arra a biztonságos szintre, amelyen a bolygó felszínén mindannyian élhetünk. nappali fényben, ne üljön lyukakba, és csak éjszaka mászjon a felszínre.
De mi a helyzet az izzónkkal? Vörös-forró spirálja ugyanazt a törvényt betartja, azonban a kapott hőmérséklet hozzávetőlegesen a nap hőmérsékletének fele (a volfrám olvadáspontja, amelyből általában izzólámpákat gyártanak, ~ 3422 Celsius fok - de a működési hőmérséklet nem haladja meg a ~ 2800 Celsius fokot), és körülbelül 3000 Kelvin . Ezért az izzólámpa maximális sugárzási csúcsa "elmozdul" az infravörös tartományba, és egy mikrométer (1000 nanométer) tartományban helyezkedik el - azaz a háztartási izzólámpa valószínűleg "melegíti", mint egy "világító" készüléket (hatékonysága ~ 6% - és annál alacsonyabb a teljesítménye). annál rosszabb a hatékonyság).
teljesítmény
Az izzó és a Nap teljes sugárzási teljesítményének összehasonlítása egyértelműen azt mutatja, hogy a csillagászati értékek szörnyűen elválnak a háztartástól: ha az izzó látható fény és hő formájában bocsát ki 10 ^ 2 watt, akkor a nap ~ 4 * 10 ^ 26 watt - majdnem huszonöt nagyságrendű különbség! Próbáljon most kiszámítani, hogy hány száz wattos izzólámpa szükséges-e a Nap cseréjéhez, és mennyi helyet foglalna el a Naprendszerben ...
