Co to jest promieniowanie ciała czarnego?

Promieniowanie ciała doskonale czarnego jest promieniowaniem cieplnym emitowanym, a nie odbijanym przez obiekt. Fizycznie promieniowanie ciała doskonale czarnego jest zawsze mieszane z promieniowaniem odbitym, ponieważ wszystkie rzeczywiste obiekty odbijają niektóre odbierane fale elektromagnetyczne. Niemniej jednak hipotetyczne czarne ciało emitowałoby promieniowanie zależne tylko od jego temperatury. Gorące czarne ciała emitowałyby zasadniczo w widzialnym zakresie światła i dlatego byłyby widoczne dla ludzi. Zimne czarne ciała emitowałyby głównie w zakresie podczerwieni, przez co byłyby niewidoczne dla ludzkiego oka.

Czarne ciało to obiekt, który pochłania całe przychodzące promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie padające nie odbija się od powierzchni ciała. Czarne ciała nie istnieją w świecie fizycznym; są to wyidealizowane obiekty wykorzystywane do celów koncepcyjnych i teoretycznych. Ciała świata rzeczywistego zawsze odbijają część przychodzącego promieniowania, choć ilość ta może się różnić. Czarne ciała są nazywane jako takie, ponieważ nie odbijając żadnych padających fal świetlnych, wyglądałyby na czarne, gdy były zimne.

Wszystkie obiekty, w tym ciała czarne, emitują promieniowanie cieplne zależne od temperatury obiektu. W rzeczywistości ilość ta jest proporcjonalna do absolutnej temperatury obiektu do czwartej potęgi. Podwojenie temperatury bezwzględnej obiektu - na przykład zmiana piekarnika z temperatury pokojowej na około 600 ° Fahrenheita (315 ° Celsjusza) - spowoduje 16-krotnie większe promieniowanie cieplne. Zatem całkowita ilość promieniowania cieplnego drastycznie wzrasta wraz z wyższymi temperaturami.

W temperaturach poniżej około 900 ° F (482 ° C) większość promieniowania ciała czarnego znajduje się w podczerwieni części widma elektromagnetycznego. Długości fal tego promieniowania są poza zasięgiem ludzkiej percepcji wzrokowej, co tłumaczy, dlaczego ludzie nie widzą obiektów o temperaturze pokojowej w nocy. Jednak bardzo gorące obiekty zaczynają emitować zasadniczo w widzialnym zakresie światła. To wyjaśnia, dlaczego ludzie mogą zobaczyć płonące drewno lub odległą gwiazdę w nocy. Światło tych gorących obiektów nie jest odbijane przede wszystkim z innych źródeł, więc jest to promieniowanie ciała czarnego.

Jak wspomniano, rzeczywiste obiekty zawsze odbijają część padającego światła, które otrzymują. Osoby interpretują to odbite światło jako zdolne „widzieć” przedmiot; ludzie widzą fajne obiekty, ponieważ odbijają promieniowanie ciała czarnego cieplejszych obiektów. Niezależnie od tego, czy widzialne fale świetlne pochodzą od słońca, czy żarówki, docierają do naszych oczu dopiero po odbiciu się od chłodnego obiektu. Bez tego oryginalnego promieniowania ciała czarnego fajne obiekty wyglądałyby na czarne - to właśnie ludzie zauważają w nocy bez widocznych gorących obiektów. Gdyby ludzie mogli widzieć w podczerwieni, byliby w stanie zobaczyć nawet obiekty o temperaturze pokojowej.