Все объекты выше абсолютного нуля излучают излучение из-за случайных столкновений между атомами, из которых они состоят. Спектр испускаемого излучения варьируется в зависимости от температуры объекта, я полагаю, из-за случайных скоростей, с которыми атомы сталкиваются друг с другом, производя фотоны со случайными энергиями/длинами волн, которые следуют вероятностному распределению. Энергия и частоты увеличиваются с повышением температуры. Это называется тепловым излучением, связанным с излучением черного тела.
Все электрические компоненты создают небольшие шумовые токи из-за случайного теплового движения электронов, из которых они состоят. Уровень тока/напряжения увеличивается по мере повышения температуры с постоянным белым спектром. Это называется тепловым шумом или шумом Джонсона.
Какая связь между ними? Они созданы одним и тем же процессом? Почему их спектры различаются?
Излучение черного тела - это идеализированное описание теплового излучения вещества, находящегося в тепловом равновесии .с фотонным полем. Поэтому ваше описание в вопросе, которое приравнивает тепловое излучение и излучение черного тела, не совсем точно. Действительно, излучение черного тела довольно простое по сравнению с тепловым излучением в целом — излучение черного тела вообще не зависит от свойств материала, все, от чего оно зависит, — это температура и фундаментальные константы электромагнитного поля. Почему это? С философской точки зрения, когда две вещи находятся в тепловом равновесии, мы можем «поставить знак равенства» между многими их свойствами. Поэтому, когда объект находится в тепловом равновесии с полем фотонов, для понимания испускаемого им излучения нам нужны только свойства, вытекающие из статистической механики, и спектр фотонов в трех измерениях.
Шум Джонсона также не зависит от свойств материала, и, поскольку он также имеет отношение к электромагнитным полям, можно было бы ожидать, что он связан с излучением черного тела внутри проводника. Это действительно так, но теперь мы должны заняться фотонами в одном измерении, поскольку типичная обстановка для шума Джонсона находится в проводе, а не в свободном пространстве! Это объясняет разницу в формулах. Выводы шума Джонсона в этом контексте можно найти здесь и здесь (только из поиска в Google «шум Джонсона» и «черное тело»).
Вы можете прочитать обсуждение того, как думать о шуме Джонсона с точки зрения излучения черного тела, в этой классической статье 1946 года Роберта Дике под названием «Измерение теплового излучения на микроволновых частотах». Сделанный там физический вывод состоит в том, что антенна, принимающая излучение абсолютно черного тела при температуре и резистор на температуру шум Джонсона должен иметь одинаковую мощность. Различие форм спектров мощности, по-видимому, связано с частотной зависимостью диаграммы направленности антенны.
эндолит
Даниэль Санк