Warning, /education/kstars/po/pl/docs/kstars/blackbody.docbook is written in an unsupported language. File is not indexed.

0001 <sect1 id="ai-blackbody">
0002 
0003 <sect1info>
0004 
0005 <author
0006 ><firstname
0007 >Jasem</firstname
0008 > <surname
0009 >Mutlaq</surname
0010 > <affiliation
0011 ><address>
0012 </address
0013 ></affiliation>
0014 </author>
0015 </sect1info>
0016 
0017 <title
0018 >Promieniowanie ciała doskonale czarnego</title>
0019 <indexterm
0020 ><primary
0021 >Promieniowanie ciała doskonale czarnego</primary>
0022 <seealso
0023 >Barwy gwiazd i ich temperatury</seealso>
0024 </indexterm>
0025 
0026 <para
0027 >Termin <firstterm
0028 >ciało czarne</firstterm
0029 > odnosi się do ciemnego obiektu emitującego <firstterm
0030 >promieniowanie termiczne</firstterm
0031 >. Idealne ciało czarne to takie, które pochłania całe padające światło, nie odbija go nawet w najmniejszym stopniu. W temperaturze pokojowej takie ciało miałoby kolor idealnie czarny (stąd nazwa <emphasis
0032 >ciało doskonale czarne</emphasis
0033 >). Jednakże podgrzane do wysokiej temperatury ciało doskonale czarne zaczyna emitować <firstterm
0034 >promieniowanie termiczne</firstterm
0035 >. </para>
0036 
0037 <para
0038 >W rzeczywistości wszystkie obiekty niebieskie emitują promieniowanie termiczne (pod warunkiem, że ich temperatura jest powyżej zera bezwzględnego lub -273,15 stopni Celsjusza), ale żaden z obiektów nie emituje promieniowania idealnie; obiekty emitują/pochłaniają niektóre długości fali świetlnej bardziej niż inne. Takie nierówna efektywność utrudnia studiowanie wzajemnego oddziaływaniaświatła, ciepła i materii przy użyciu normalnych obiektów. </para>
0039 
0040 <para
0041 >Na szczęście istnieje możliwość budowy prawie idealnego ciała czarnego. Należy zastosować skrzynkę z materiału przewodzącego ciepło, takiego jak metal. Skrzynka powinna być szczelnie zamknięta ze wszystkich stron tak, by wnętrze było przestrzenią, do której nie wpada żadne światło z otoczenia. Następnie należy wykonać małą dziurkę gdzieś w skrzynce. Światło wychodzące z tej dziury będzie niemalże idealnie przypominać światło z idealnego ciała czarnego dla temparatury powietrza wewnątrz skrzynki. </para>
0042 
0043 <para
0044 >Na początku XX wieku naukowcy Lord Rayleigh i Max Planck (między innymi) badali promieniowanie ciała doskonale czarnego przy użyciu takiego urządzenia. Po długich badaniach Planck był w stanie empirycznie opisać intensywność światła emitowanego przez ciało czarne w funkcji długości fali. Co więcej, potrafił on opisać, jak będzie się zmieniać widmo po zmianie temperatury. Prace Plancka nad promieniowaniem ciała czarnego są jedną z dziedzin fizyki prowadzącą do powstania wspaniałej nauki: mechaniki kwantowej, ale jest to niestety poza zakresem tego artykułu. </para>
0045 
0046 <para
0047 >Planck i inni odkryli, że przy wzroście temperatury ciała doskonale czarnego całkowita ilość światła emitowanego w czasie jednej sekundy wzrasta. Wierzchołki rozkładu długości fali na wykresie widmowym przesuwają się w stronę kolorów niebieskich (zobacz Rysunek 1). </para>
0048 
0049 <para>
0050 <mediaobject>
0051 <imageobject>
0052 <imagedata fileref="blackbody.png" format="PNG"/>
0053 </imageobject>
0054 <caption
0055 ><para
0056 ><phrase
0057 >Rysunek 1</phrase
0058 ></para
0059 ></caption>
0060 </mediaobject>
0061 </para>
0062 
0063 <para
0064 >Na przykład, sztabka żelaza po podgrzaniu do wysokiej temperatury staje się pomarańczowo-czerwona. Jej kolor stopniowo przesuwa się w stronę niebieskiego i białego przy dalszym ogrzewaniu. </para>
0065 
0066 <para
0067 >W 1893 w Niemczech fizyk Wilhelm Wien określił relacje pomiędzy temperaturą ciała doskonale czarnego i długością fali szczytu na wykresie widmowym następującym równaniem: </para>
0068 
0069 <para>
0070 <mediaobject>
0071 <imageobject>
0072 <imagedata fileref="lambda_max.png" format="PNG"/>
0073 </imageobject>
0074 </mediaobject>
0075 </para>
0076 
0077 <para
0078 >gdzie T jest temperarurą w stopniach w skali Kelwina. Prawo Wiena (znane także jako prawo zamiany Wiena) mówi, że długość fali maksymalnej emisji z ciała doskonale czarnego jest odwrotnie proporcjonalna do jego temperatury. Oznacza to, że krótsza długość fali (większa częstotliwość) światła odpowiada większej energii fotonów, czego można spodziewać się po obiektach o wyższej temperaturze. </para>
0079 
0080 <para
0081 >Przykład: Słońce ma średnią temperaturę 5800 K, czyli maksymalna emisja ma miejsce na następującej długości fali: <mediaobject
0082 > <imageobject>
0083 <imagedata fileref="lambda_ex.png" format="PNG"/>
0084 </imageobject>
0085 </mediaobject>
0086 </para>
0087 
0088 <para
0089 >Ta długość fali należy do zielonych barw widma światła widzialnego, ale Słońce emituje fotony na o długości fali: zarówno dłuższej jak i krótszej niż lambda(max) i ludzkie oko odbiera kolor Słońca jako żółty/biały. </para>
0090 
0091 <para
0092 >W 1879 austriacki fizyk Stephan Josef Stefan pokazał, że jasność L ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury T. </para>
0093 
0094 <para>
0095 <mediaobject>
0096 <imageobject>
0097 <imagedata fileref="luminosity.png" format="PNG"/>
0098 </imageobject>
0099 </mediaobject>
0100 </para>
0101 
0102 <para
0103 >gdzie A jest powierzchnią, alfa jest stałą proporcjonalności, a T jest temperaturą w skali Kelwina. Gdy dwukrotnie zwiększymy temperaturę (np. ze 1000 K na 2000 K), to wtedy całkowita energia promieniowania ciała doskonale czarnego wzrasta o współczynnik 2^4, czyli 16. </para>
0104 
0105 <para
0106 >Pięć lat później austriacki fizyk Ludwig Boltzman wyprowadził to samo równanie, znane obecnie jako prawo Stefana-Boltzmana. Jeżeli przyjmiemy, że promieńgwiazdy wynosi R, wtedy jasność tego ciała wynosi: </para>
0107 
0108 <para>
0109 <mediaobject>
0110 <imageobject>
0111 <imagedata fileref="luminosity_ex.png" format="PNG"/>
0112 </imageobject>
0113 </mediaobject>
0114 </para>
0115 
0116 <para
0117 >gdzie R jest promieniem gwiazdy w cm, a alfa jest stałą Stefana-Boltzmana, która  ma wartość: <mediaobject
0118 > <imageobject>
0119 <imagedata fileref="alpha.png" format="PNG"/>
0120 </imageobject>
0121 </mediaobject>
0122 </para>
0123 
0124 </sect1>