Жылулық шығарылған сәуле және оның сипаттамалары. Қара дене

Жеткілікті жоғары температураға дейін қыздырылған денелер жарық шығару қабілетіне ие болады. Мысалы, қатты қыздырылған қатты дене тұтас спектр беретін ақ жарық шығарады. Дене температурасы төмендегенде оның шығаратын сәулесінің интенсивтігі төмендеумен қатар, толқындардың (қызыл және инфрақызыл) басымдылығы күшейе түседі. Дене бұдан әрі суығанда оның көрінетін жарықты шығаруы мүлдем тоқтайды – дене тек көрінбейтін инфрақызыл сәулелерді шығарады. Сәуле шығаратын дененің ішкі энергиясы есебінен пайда болатын және осы дененің температурасы мен оптикалық қасиеттеріне тәуелді электромагниттік сәуле жылулық сәуле д.а Егер дененің жылулық сәулеге жұмсайтын энергиясы денеге тиісті жылу мөлшері арқылы беріліп толықтырылып отырмаса оның температурасы бірте-бірте төмендейді, ал жылулық сәулесі кемиді.Сәуле шығарып тұрған дене ішкі беттері түскен сәулені толық шағылдыратын тұйық қуыс ішіне орналастырылған болсын. Қуыста вакуум жасалған. Қуыстың ішкі бетінен шағылған сәуле денеге түсіп., біраз бөлігі немесе толықтай жұтылады. Демек, қуыс ішін толтырып тұрған электромагниттік сәуле мен дене арасында үздіксіз энергия алмасуы жүреді. Сәуле шығарушы денелермен тепе-теңдікте бола алатын бірден – бір сәуле түрі жылулық сәуле болып табылады.Тепе- теңдіктегі сәуле деп аталатын осындай сәуле барлық денелері бірдей температурада болатын адиабаттық тұйық (оңашаланған) жүйеде орнығады.Жылулық сәуле нің осы қабілеті оның интенсивтігінің температураға тәуелді болатындығына байланысты.Айталық, дене мен сәуле арасындағы тепе-теңдік бұзылып, дененің сәулелік энергияны шығаруы энергияны жұтуынан көп болды дейік.Сонда дененің ішкі энергиясы кеміп температура төмендейтін болады. Бұл өз кезегінде дене шығаратын энергия мөлшерінің кемуін тудырады.Шығарылатын энергия мөлшері жұтылатын энергия мөлшеріне теңескенде дейін дене температурасы кеми береді.1860ж Кирхгоф қара дене ұғымын енгізеді.Бұл дене бетіне түсетін сәулелік энергияны жиілігі қандай екеніне қарамай және кезкелген температура жағдайында толық жұтады. Осындай дененің жұтқыштық қабілеті бірге тең: а=1. Сонымен, r(ω,T) /a(ω,T)=ƒ(ω,T) Кирхгоф заңындағы ƒ(ω,T) функциясының мағынасы түсінкті болды: ол қара дененің сәуле шығарғыштық қабілеті.Қара дененің сәуле шығарғыштық қабілеті ƒ(ω,T) жіне жылулық сәуле энергиясының тепе-теңдіктегі тығыздығы ρ(ω,T) арасындағы байланыс мына белгілі қатынаспен анықталады ƒ(ω,T)=c/4ρ(ω,T) ;ρ(ω,T)- жиілік пен температура функциясы(1); ол жылулық сәуле энергиясының жиілік бойынша үлестірілуін анықтайды.(1)өрнегін ескергенде Кирхгоф заңы мына түрде жазылады: r(ω,T)/a(ω,T)=c/4ρ(ω,T).Табиғатта қара дене кездеспейді.Қара дене саналатын нақты денелер (мысалы,қара күйе) тек көрінетін сәулелерді ғана жақсы жұтады, соның өзінде де оларды толық жұтпайды.Алайда қара дене рөлін атқара алатын денені қолдан жасауға болады,мысалы, кішкене тесігі бар үлкен қуыс дене қара дене орнына жүре алады. (тесік диаметрі қуыс қимасының 1/10 бөлігінен аспауға тиіс).Тесік арқылы қуыс ішіне енген сәуле тесіктен қайта сыртқа шыққанға дейін көп қайтара шағылатын болады.Әрбір шағылған сайын сәуле энергиясының біраз бөлігі жұтылады, соның нәтижесінде кезкелген жиіліктегі сәуленің бәрі осындай қуыста іс жүзінде толық жұтылады.Сөйтіп қуыс денедегі кішкене тесік қара дене қызметін атқарады. Қара дене моделі 1.1 суретте көрсетілген.Қуыс қабырғаларының темпреатурасы Т болса,онда тесіктен спектрлік құрамы б/ша дәл сол темпертурадағы қара дене сәулесіне өте жақын сәуле шығарылатын болады. Осы сәулені спектрлік аспапты ппайдаланып спектрге жәктеп өлшеп, ƒ(ω,T) н/е φ(λ,T) функциясының түрін тәжірибе арқылы табуға болады.Осындай тәжірибе нәтижелері 1,2-суретте көрсетілген.Бұл суреттегі қисықтар қара дене температурасының әртүрлі мәні үшін тұрғызылған.Бұларға тән ерекшеліктер:1.Сәуле қуаты жиіліктің біркелкі функциясы емес,қайсыбір ω_maxжиілік маңында максимумы болады.Температура артқанда осы максимум жоғарырақ жиілік жағына қарай ығысады және де Вин теориялық жолмен тапқан «ығысу заңы» орындалады.ω_max/T=β,(β=5,88•〖10〗^10 с^(-1) К^(-1)