Sulit untuk menemukan dalam kehidupan sehari-hari dua objek yang sangat berbeda dalam skala dari luminositas kita dan bola lampu pijar seratus watt yang biasa: bahkan diameter rata-rata keduanya berbeda dengan sepuluh urutan besarnya (~ 1,392 × 10 ^ 9 meter dan ~ 0,05 meter, masing-masing) - namun kedua objek adalah sumber cahaya dan dalam aspek ini masuk akal untuk membandingkannya.
Spektrum dan suhu warna
Sejak masa kanak-kanak dan eksperimen fisik independen pertama (seperti memasukkan paku ke dalam api kompor gas dapur atau meledakkan batu bara dari api), kita sudah tahu bahwa jika benda material dipanaskan dengan benar, benda itu mulai berpendar - dan semakin terang semakin kuat kita mendapatkannya. memanas.
Para ilmuwan telah lama tertarik pada pertanyaan yang sama, tetapi untuk deskripsi kuantitatif dan kualitatif dari fenomena tersebut, mereka pertama-tama harus memperkenalkan konsep abstrak - tubuh yang sepenuhnya hitam (black body). Intinya adalah bahwa radiasi elektromagnetik dari benda yang dipanaskan (dan cahaya adalah radiasi elektromagnetik, seperti gelombang radio, sinar-X, dll.), Pada prinsipnya, tergantung pada panjang gelombang apa (bagian spektrum) yang diserap tubuh seperti itu..
Prinsipnya sederhana: jika sesuatu menyerap dengan sangat baik dalam beberapa rentang, maka ia juga baik dan terpancar dalam rentang yang sama - itulah sebabnya tubuh abstrak, yang menyerap dan memancarkan idealnya disebut "hitam". Sepanjang jalan, kita perhatikan bahwa tubuh yang tidak sempurna disebut "abu-abu" atau "diwarnai" - dan, melalui amandemen yang sesuai, mereka sekali lagi "terikat" dengan sifat-sifat tubuh hitam.
Jadi, kita memiliki blackbody, bahwa pada suhu berapa pun ia menyerap semua insiden radiasi di atasnya, terlepas dari panjang gelombangnya - seperti apa hukum yang menggambarkan spektrumnya? Pada akhir abad ke-19, pada sisi praktisnya, fisikawan I. Stefan menangani masalah ini, dan pada teori L. Boltzmann, hukum fisika yang sesuai dalam buku-buku pelajaran sekarang disebut sebagai hukum Stefan-Boltzmann.Ternyata kerapatan curah yang dihasilkan dari radiasi kesetimbangan dan emisivitas total blackbody sebanding dengan derajat keempat dari temperatur absolutnya (ingat bahwa suhu absolut diukur dalam Kelvin dan dihitung dari suhu nol absolut, yang “lebih dingin” oleh “nol Celsius” biasanya sekitar 273 derajat) ) - dan "kurva bungkuk" yang terkenal "terdaftar" dalam buku teks fisika.
Apa hubungannya ini dengan pertanyaan aslinya? Sangat sederhana: ternyata kurva yang sesuai untuk Matahari dijelaskan dengan sempurna oleh kurva untuk benda hitam dengan suhu ~ 6000 Kelvin! Pada saat yang sama, puncak maksimum radiasi terletak di wilayah ~ 450 nanometer (ultraviolet!) - oleh karena itu, sekali lagi kami mengucapkan Terima Kasih Banyak untuk atmosfer Bumi kita karena menyerap radiasi ini ke tingkat yang aman di mana kita semua dapat hidup di permukaan planet di di siang hari dan tidak duduk di lubang dan merangkak ke permukaan hanya di malam hari.
Tapi bagaimana dengan bola lampu kita? Spiral merah-panasnya juga mematuhi hukum yang sama, namun, suhu yang dihasilkan kira-kira setengah dari matahari (titik leleh tungsten, yang biasanya dibuat umbi filamen, ~ 3422 derajat Celsius - tetapi suhu kerjanya tidak melebihi ~ 2800 derajat Celcius) dan sekitar 3000 Kelvin . Oleh karena itu, puncak radiasi maksimum dari lampu pijar "bergerak" ke daerah inframerah dan terletak di wilayah satu mikrometer (1000 nanometer) - yaitu, lampu pijar rumah tangga lebih cenderung menjadi "pemanasan" daripada perangkat "pencahayaan" (efisiensi ~ 6% - dan semakin rendah daya, semakin buruk efisiensinya).
Kekuasaan
Perbandingan kekuatan radiasi total bohlam dan Matahari jelas menunjukkan pemisahan mengerikan dari nilai-nilai astronomi dari nilai-nilai rumah tangga: jika bohlam dalam bentuk cahaya tampak dan panas memancarkan 10 ^ 2 watt, lalu matahari ~ 4 * 10 ^ 26 watt - hampir dua puluh lima perbedaan besarnya! Coba sekarang untuk menghitung di waktu luang Anda berapa ratus lampu pijar yang dibutuhkan untuk menggantikan Matahari dan berapa banyak ruang yang akan mereka tempati di Tata Surya ...
