Πώς σχετίζεται η θερμοκρασία και το μήκος κύματος ενός λαμπερού σώματος;

Η σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και του μήκους κύματος ενός λαμπερού σώματος περιγράφεται από τον νόμο περί μετατόπισης του Wien . Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι:

Το μήκος κύματος στο οποίο ένα μαύρο σώμα ακτινοβολεί πιο έντονα είναι αντιστρόφως ανάλογο με την απόλυτη θερμοκρασία του.

Εδώ είναι μια κατανομή:

* Blackbody: Ένα θεωρητικό αντικείμενο που απορροφά όλη την ακτινοβολία που πέφτει πάνω του και εκπέμπει ακτινοβολία σε όλα τα μήκη κύματος. Τα πραγματικά αντικείμενα δεν ταιριάζουν απόλυτα με αυτό, αλλά πολλά μπορούν να προσεγγιστούν ως Blackbodies.

* μήκος κύματος: Η απόσταση μεταξύ διαδοχικών κορυφών ή κοιλών ενός κύματος. Διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρώματα.

* Θερμοκρασία: Μετρείται στο Kelvin (k), αντικατοπτρίζει την εσωτερική ενέργεια ενός σώματος. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες σημαίνουν περισσότερη εσωτερική ενέργεια.

Μαθηματική έκφραση:

Ο νόμος περί μετατόπισης του Wien εκφράζεται ως:

λ max * T =B

Οπου:

* λ max είναι το μήκος κύματος της εκπομπής αιχμής (σε μέτρα)

* T είναι η απόλυτη θερμοκρασία (στο Kelvin)

* Β είναι η σταθερά μετατόπισης του Wien, περίπου 2,898 × ​​10 -3 m · k

Συνέπειες:

* Υψηλότερη θερμοκρασία, μικρότερο μήκος κύματος: Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ενός λαμπερού σώματος, το μήκος κύματος στο οποίο εκπέμπει πιο έντονα μετατοπίζεται προς μικρότερα μήκη κύματος, μετακινώντας από κόκκινο σε πορτοκαλί, κίτρινο, λευκό και τελικά μπλε.

* χαμηλότερη θερμοκρασία, μεγαλύτερο μήκος κύματος: Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, η κορυφαία εκπομπή μετατοπίζεται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, μετακινώντας από μπλε σε κόκκινο και τελικά στην υπέρυθρη περιοχή, την οποία δεν μπορούμε να δούμε με τα μάτια μας.

Παραδείγματα:

* ένα ζεστό stovetop: Εκπέμπει ορατό φως, κυρίως κόκκινο λόγω της σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας του.

* Ο ήλιος: Με την πολύ υψηλή θερμοκρασία του, εκπέμπει φως σε όλο το ορατό φάσμα, που εμφανίζεται λευκό στα μάτια μας.

* Ένα ζεστό κομμάτι σιδήρου: Λάει κόκκινο όταν θερμαίνεται, και καθώς γίνεται ακόμη πιο ζεστό, το χρώμα μετατοπίζεται προς το κίτρινο και το λευκό.

Εφαρμογές:

* Κατανόηση της θερμοκρασίας των αστεριών: Παρατηρώντας το μέγιστο μήκος κύματος του εκπεμπόμενου φωτός τους, οι αστρονόμοι μπορούν να εκτιμήσουν τη θερμοκρασία των αστεριών.

* Ανάπτυξη θερμόμετρων: Τα υπερύθμονα θερμόμετρα χρησιμοποιούν το νόμο του Wien για να μετρήσουν τη θερμοκρασία των αντικειμένων ανιχνεύοντας το μέγιστο μήκος κύματος της εκπεμπόμενης υπέρυθρης ακτινοβολίας τους.

Συνοπτικά, ο νόμος περί μετατόπισης του Wien παρέχει μια κρίσιμη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας ενός λαμπερού σώματος και του μήκους κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας του. Είναι μια θεμελιώδη αρχή στη φυσική με εφαρμογές σε διάφορους τομείς, από την αστρονομία έως την τεχνολογία.