ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΤΟΥ ΜΕΛΑΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΤΟΥ ΜΕΛΑΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ
ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΕΛΑΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ



Ένα οποιοδήποτε σώμα δε φαίνεται στο σκοτάδι ενώ αν το φωτίσουμε το βλέπουμε.Αυτό συμβαίνει γιατί όλο ή ένα μέρος από το φως που πέφτει στο σώμα επανεκπέμπεται (διαχέεται) στο περιβάλλον με αποτέλεσμα κάποιες από τις επανεκπεμπόμενες φωτεινές ακτίνες να φτάνουν στα μάτια μας.Με βάση αυτή τη διαδικασία καθορίζεται και το χρώμα που αποδίδουμε στο σώμα.Πιο συγκεκριμένα,αν φωτίσουμε ένα σώμα με λευκό φως εν γένει απορροφά κάποια μήκη κύματος ενώ άλλα τα επανεκπέμπει.Από τα επανεκπεμπόμενα μήκη κύματος καθορίζεται το χρώμα του σώματος που βλέπουμε.Στην ειδική περίπτωση που επανεκπέμπονται όλα τα μήκη κύματος του λευκού φωτός το σώμα φαίνεται λευκό.Στην αντίθετη περίπτωση,δηλαδή όταν το σώμα απορροφά όλα τα μήκη κύματος,φαίνεται μαύρο.




Μέλαν σώμα στη φυσική θεωρείται το σώμα που απορροφά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προσπίπτει σ' αυτό,σε όλο το φάσμα της (όλες τις συχνότητες)
Μέλαν σώμα στη φυσική θεωρείται το σώμα που απορροφά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προσπίπτει σ' αυτό,σε όλο το φάσμα της (όλες τις συχνότητες).
Στην πράξη,μέλαν σώμα μπορεί να θεωρηθεί ένα οποιοδήποτε αντικείμενο με αιθαλωμένη την επιφάνειά του.


ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΜΕΛΑΝΟΣ ΣΩΜΑΤΟΣ


Κάθε σώμα σε οποιαδήποτε θερμοκρασία κι αν βρίσκεται εκπέμπει ενέργεια με μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται θερμική ακτινοβολία.
Το μέγεθος που εκφράζει την ενέργεια που εκπέμπεται από τη μονάδα της επιφανείας ενός σώματος στη μονάδα του χρόνου ονομάζεται ένταση της ακτινοβολίας,συμβολίζεται με το Ι και στο S.I. μετριέται σε J/m2s ή W/m2.
Η ένταση της ακτινοβολίας που εκπέμπει ένα σώμα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον,λόγω του ρόλου που έπαιξε στην εξέλιξη της φυσικής, έχει η μελέτη της θερμικής ακτινοβολίας του μέλανος σώματος.
Το μέλαν σώμα,σ' οποιαδήποτε θερμοκρασία κι αν βρίσκεται εκπέμπει ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σ' όλο το φάσμα της.Το μεγαλύτερο όμως τμήμα της ενέργειας που εκπέμπεται μ' αυτό τον τρόπο περιορίζεται σε μια στενή περιοχή,με "αιχμή" κάποιο μήκος κύματος (λmax) διαφορετικό για κάθε θερμοκρασία.Σε θερμοκρασίες γύρω στους 1000 Κ το μέλαν σώμα εκπέμπει κυρίως στην υπέρυθρη περιοχή,ενώ σε ψηλότερες θερμοκρασίες το λmax μετατοπίζεται σε μικρότερα μήκη κύματος (μεγαλύτερες συχνότητες),στην περιοχή του ορατού.

Διάγραμμα της έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος σε συνάρτηση με το μήκος κύματος για το μέλαν σώμα,:τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες.Το μέγιστο της καμπύλης μετατοπίζεται σε μικρότερα μήκη κύματος όταν αυξάνεται η θερμοκρασία.

Η σχέση που συνδέει την απόλυτη θερμοκρασία (Τ) του μέλανος σώματος με το μήκος κύματος αιχμής (λmax) είναι:


λmax·T=σταθερό (νόμος μετατόπισης Wien)

Για την ερμηνεία των πειραματικών δεδομένων οι ερευνητές δέχτηκαν ότι τα άτομα των σωμάτων ταλαντώνονται.Το πλάτος της ταλάντωσής τους είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας στην οποία βρίσκονται τα σώματα. Αποτέλεσμα αυτής της ταλάντωσης των ατόμων,που μπορούμε να τα δούμε ως στοιχειώδη ταλαντούμενα ηλεκτρικά δίπολα,είναι η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Η υπόθεση όμως αυτή δεν μπόρεσε να ερμηνεύσει ικανοποιητικά τα πειραματικά αποτελέσματα.Το φαινόμενο ερμηνεύτηκε πλήρως το 1900,με τις δύο υποθέσεις που διατύπωσε ο Planck.
α) Η ενέργεια των ταλαντούμενων ατόμων δε μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. Μπορεί να πάρει μόνο διακριτές (κβαντισμένες) τιμές. Οι τιμές της ενέργειας που μπορεί να έχει το ταλαντούμενο άτομο είναι:


En=n·h·f

όπου:
n ένας θετικός ακέραιος αριθμός που ονομάζεται κβαντικός αριθμός,
f η συχνότητα ταλάντωσης του ατόμου και
h μια σταθερά που αργότερα έπαιξε μεγάλο ρόλο στη φυσική και ονομάστηκε σταθερά δράσης του Planck.
Η τιμή της βρέθηκε:

h=6,626x10 10-34 J

β) Το ποσό της ενέργειας,που μπορεί να απορροφήσει ή να εκπέμψει ένα άτομο,υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας,μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές.

Εικόνα των ενεργειακών σταθμών στις οποίες μπορεί να βρεθεί το άτομο

Στο σχήμα δίνουμε μία εικόνα των ενεργειακών σταθμών στις οποίες μπορεί να βρεθεί το άτομο.Αν το άτομο απορροφήσει ένα κβάντο ενέργειας δηλαδή ενέργεια Ε=h·f,αυξάνει την ενέργειά του κατά ένα σκαλοπάτι στην κλίμακα των ενεργειακών σταθμών.Αν πάλι το άτομο εκπέμψει ένα κβάντο ενέργειας υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας τότε κατεβαίνει ένα σκαλοπάτι στην ίδια κλίμακα.Όσο ένα άτομο παραμένει στην ίδια ενεργειακή κατάσταση (στάθμη),ούτε εκπέμπει ούτε απορροφά ενέργεια.Τα άτομα,λοιπόν,απορροφούν ή εκπέμπουν ενέργεια όχι συνεχώς αλλά κάνοντας ενεργειακά άλματα.
physiclessons