Почему излучение абсолютно черного тела так важно?

При выводе формулы излучения черного тела делается предположение, что система представляет собой электромагнитную полость, так что ее можно считать находящейся в тепловом равновесии.

Если оставить в стороне тот факт, что я не понимаю, зачем делать такое предположение (каковы его математические следствия в выводе?),

большинство повседневных источников не находятся в тепловом равновесии, так как же мы можем скорректировать для них формулу излучения черного тела?

Или все же применимо?

Кроме того: в черном теле спектральная плотность энергии не является постоянной, а это означает, что некоторые частоты вносят больший вклад в энергию, чем другие: не должны ли мы наивно ожидать, что каждая частота будет иметь равный вес? Каков физический смысл наличия «предпочтительных» частот?

Взгляните на это hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod6.html . Предпочтительные частоты исходят из квантования света. Большинство повседневных источников находятся в тепловом равновесии, в основном: температуры уравновешиваются через некоторое время, если нет источников энергии.
Почему излучение черного тела так важно? В двух словах — Ультрафиолетовая катастрофа: en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet_catastrophe «Ультрафиолетовая катастрофа, также называемая катастрофой Рэлея-Джинса, была предсказанием классической физики конца 19-го — начала 20-го веков о том, что идеальное черное тело находится в тепловом равновесии. будет излучать излучение бесконечной мощности ».
@AlfredCentauri Я бы изменил ваши слова, сказав, что важно уравнение черного тела , а не простое существование электромагнитного излучения от (теплого) тела.
@CarlWitthoft, первый вопрос в моем комментарии - это цитата из заголовка вопроса; это не мои слова.
@AlfredCentauri извините, я имел в виду, что один из нас должен подчеркнуть разницу между явлением и управляющими уравнениями.
@CarlWitthoft, кажется, я все еще не понимаю, чего ты хочешь - может быть, я еще не выпил достаточно кофе этим утром? Мой комментарий состоял в том, чтобы подчеркнуть, что излучение черного тела важно, потому что нам нужна новая физика, чтобы правильно смоделировать его. Это то, что вы хотите, чтобы я подчеркнул больше?

Ответы (3)

Излучение черного тела характерно для каждого объекта, находящегося в термодинамическом равновесии, и черного тела при постоянной однородной температуре.

При любой температуре объекты излучают тепловое излучение. ЭМ излучение испускается потому, что внутри объекта из-за теплового движения частиц заряженные частицы/диполи начинают колебаться, из-за этих колебаний испускается электромагнитное излучение. Если объект представляет собой черное тело с постоянной однородной температурой, излучение называется излучением черного тела. Энергия, излучаемая любым объектом, всегда конечна с определенным распределением по частотам с пиком на некоторой частоте. Мы не можем наивно ожидать, что энергия, излучаемая всеми частотами, будет иметь одинаковый вес. Это явление, которое происходит и наблюдается. Это объясняется квантовой механикой, фактически это привело к развитию квантовой механики.

Таким образом, резонатор с небольшим отверстием с электромагнитным излучением внутри подходит для математического изучения и является почти идеальным черным телом, потому что отверстие позволяет пренебрежимо малому излучению проникать в резонатор, так что оно незначительно влияет на условие теплового равновесия, и мы можем иметь очень близкое к тепловому равновесию равновесия и наблюдать излучение черного тела от него. Рэлей и Джинс не могли объяснить спектр черного тела на более высоких частотах, их закон предсказывал бесконечное спектральное излучение на бесконечных частотах.

Излучения, испускаемые обычными объектами, можно аппроксимировать как излучение черного тела, они почти находятся в тепловом равновесии.

Одним из важных моментов является то, что для определения температуры звезды используется соотношение между температурой и длиной волны пика, называемое законом смещения Вина, оцениваемое по формуле излучения Планка, приближающее излучение к излучению черного тела.

как насчет объектов, которые далеки от теплового равновесия?
Объекты, далекие от теплового равновесия, будут менять свою температуру, и я думаю, что будет трудно изучать маленькие объекты, не находящиеся в тепловом равновесии, но для больших объектов, таких как звезды или планеты, температура временно остается постоянной и может использоваться для определения их температуры. Такие объекты, как звезды и планеты, также не находятся в тепловом равновесии, но приближением к их излучению является излучение черного тела. Фотосфера Солнца при 6000К излучает с пиком в видимой части, Земля при 300К имеет некий пик. Я изменил свой ответ, чтобы дать более подробную информацию.

Если оставить в стороне тот факт, что я не понимаю, зачем делать такое предположение (каковы его математические следствия в выводе?),

Предположение о полости - это предположение о физическом устройстве, для которого оправдано использование граничных условий, которые являются необходимым дополнением к уравнениям, чтобы получить желаемые результаты (спектральная функция Рэлея-Джинса или Планка).

большинство повседневных источников не находятся в тепловом равновесии, так как же мы можем скорректировать для них формулу излучения черного тела?

Это можно сделать с помощью коэффициента излучения. ϵ , которое представляет собой число, показывающее, во сколько раз тепловое излучение, испускаемое какой-либо областью тела, сильнее, чем равновесное излучение той же области абсолютно черного тела. Коэффициент излучения зависит от частоты и температуры и меньше или равен 1.

Кроме того: в черном теле спектральная плотность энергии не является постоянной, а это означает, что некоторые частоты вносят больший вклад в энергию, чем другие: не должны ли мы наивно ожидать, что каждая частота будет иметь равный вес?

Нет, потому что диапазон частот бесконечен (от 0 до бесконечности), а излучаемая интенсивность конечна. Единственный способ распределить конечное количество чего-либо на бесконечном интервале — это сконцентрировать это где-то.

1) По второму вопросу: кроме введения коэффициента излучения, нет ли другого способа получить спектр нечерного тела? 2) И относительно третьего вопроса: я понимаю, что вы имеете в виду, но почему функция достигает пика в определенный ю 1 вместо другого ю 2 ? Является ю 1 особенный?
Эй ты там?
Я бы не сказал, что коэффициент излучения — это способ получения спектра тела, это скорее способ описания экспериментально найденного спектра. Вычисление коэффициента излучения по микроскопической модели в принципе возможно, но также сложно. Может и есть такие расчеты, но я их не видел. В физике звезд есть некоторые расчеты, которые, как мне кажется, позволяют выяснить, как изменяется спектр излучения при прохождении его через газ; спектр там не всегда задается функцией Планка.
2) Кривую Планка можно понимать по-разному. Длина волны излучения, при которой оно имеет наибольшую интенсивность на единицу длины волны, подчиняется закону смещения Вина: en.wikipedia.org/wiki/Wien's_displacement_law Таким образом, значение длины волны определяется температурой; чем выше температура, тем меньше длина волны.

Среди других причин, изложенных в ответах и ​​комментариях, вот еще одна очень важная причина, по которой нас волнует излучение абсолютно черного тела:

введите описание изображения здесь

Почему излучение абсолютно черного тела так важно?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v