Почему все черные тела при одинаковой температуре имеют одинаковый спектр излучения?

Я читаю Квантовую физику Айсберга и Резника , и во введении есть часть, которая меня смущает. Они говорят: «независимо от деталей их состава установлено, что все черные тела при одной и той же температуре испускают тепловое излучение с одним и тем же спектром. Этот общий факт можно понять на основе классических аргументов, связанных с термодинамическим равновесием».

Я понимаю, что идеализированное черное тело поглощает все падающее на него излучение и что для того, чтобы быть в равновесии с окружающей средой, оно также должно излучать лучистую энергию, эквивалентную той, что оно поглощает. Чего я не понимаю, так это почему все черные тела при данной температуре должны иметь точно такой же спектр излучения.

Почему температура — единственный фактор, который может изменить спектр излучения черного тела? Почему состав материала и спектр падающего излучения не имеют значения? Точнее, как это можно «понять на основе классических аргументов, связанных с термодинамическим равновесием»?

Другими словами, как вы можете доказать, опираясь только на классические аргументы, не то, что представляет собой функция распределения излучения черного тела, а то, что она должна быть одинаковой для всех черных тел при одной и той же температуре?

Я предполагаю, что классический аргумент, на который ссылаются авторы, - это закон Кирхгофа, см. Здесь: en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%27s_law_of_thermal_radiation Я мог бы написать более подробный ответ, если это необходимо.
Настоящие черные тела не являются идеальными черными телами и не все имеют одинаковый спектр.

Ответы (2)

Представьте, что у вас есть черное тело, состоящее из хорошо поглощающей полости с небольшим отверстием, через которое выпускается внутрь часть излучения. В этой идеализированной ситуации единственный способ, которым тепло может проникнуть в полость или выйти из нее, — это через отверстие, иначе оно будет изолировано от своего окружения.

По определению черное тело (в данном случае дырка) поглощает весь падающий на него свет и находится в тепловом равновесии, т.е. температура полости не должна меняться со временем.

Теперь давайте введем второе черное тело, изготовленное из другого материала и, возможно, другой формы или размера, и поместим его так, чтобы две апертуры черных тел соприкасались, так что любое излучение, выходящее из BB1, попадет в BB2, и наоборот. Если вы оставите эту систему на достаточное время, они достигнут одной и той же температуры, так что в равновесии столько же энергии выходит из ВВ1 и входит в ВВ2, как и наоборот.

Однако, если бы вы затем вставили фильтр между двумя отверстиями, который пропускал бы только узкий диапазон длин волн, то, если бы спектр излучения, испускаемого двумя отверстиями, был разным, то один резонатор нагревался бы, а другой остывать. Но если бы это произошло, они не находились бы в тепловом равновесии и, следовательно, не были бы черными телами. Таким образом, подлинное «излучение абсолютно черного тела» должно иметь универсальный спектр, который зависит только от температуры, а не от материала, формы или размера черного тела.

Спасибо! Это имеет большой смысл и прекрасно отвечает на мой вопрос.

Излучение черного тела было одним из первых экспериментальных наблюдений, которые навязали теорию квантования и, наконец, теорию квантовой механики физике микромира.

Здесь нет классических аргументов, есть только интуиция Планка, пытающаяся подогнать наблюдаемые спектры.

тело

Количество излучения, испускаемого в заданном диапазоне частот, должно быть пропорционально количеству мод в этом диапазоне. Лучшие представители классической физики предполагали, что все моды имеют равные шансы на появление и что число мод растет пропорционально квадрату частоты.

введите описание изображения здесь

Но предсказанного постоянного увеличения излучаемой энергии с частотой (названного «ультрафиолетовой катастрофой») не произошло. Природа знала лучше.

Читайте дальше по ссылке.

Функциональная форма соответствовала данным (приблизительно), это наблюдательный факт. Лучше всего к кривой bb подходит космическое микроволновое фоновое излучение. Подгонка солнца приблизительна . Как правило, для реальных измерений необходимо учитывать излучательную и поглощающую способности.

Почему все черные тела при одинаковой температуре имеют одинаковый спектр излучения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v