Zawartość: Katastrofa ultrafioletowa
- Co to jest katastrofa ultrafioletowa?
- Co to jest światło ultrafioletowe?
- Co to jest ciało czarne?
- Oświadczenie o prawie Rayleigh-dżinsów
- Problem z prawem Rayleigha-Jeansa
- Oświadczenie o prawie Plancka
Co to jest katastrofa ultrafioletowa?
Katastrofa ultrafioletowa, znany również jako Katastrofa Rayleigh-Jeans odnosi się do odchylenia od statystycznego wyprowadzenia Rayleigh-Dżinsy prawo na krótkich falach. Zgodnie z prawem Rayleigha-Jeansa, ciało czarne w równowadze termicznej promieniowałoby we wszystkich zakresach częstotliwości i emitowałoby więcej energii wraz ze spadkiem długości fali. Innymi słowy, stwierdza, że wraz ze wzrostem częstotliwości ciało czarne zaczyna emitować dowolnie dużą ilość energii. Jednak ten wzór nie jest widoczny fizycznie. Błąd między przewidywaną ilością promieniowania energetycznego a uzyskaną ilością promieniowania energetycznego jest znacznie bardziej wyraźny przy krótszych długościach fal. Dlatego nazywa się to katastrofą ultrafioletową.
Co to jest światło ultrafioletowe?
Światło ultrafioletowe to promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościn pomiędzy 8 × 1014 i 3 × 1016 Zakres Hz i długość fali pomiędzy 0.4 x 10-6 - 10-8 metra, więc światło ultrafioletowe nie pada w zakresie widzialnym dla ludzkiego oka. Katastrofa ultrafioletowa jest widoczna w tych długościach fal. Promienie ultrafioletowe są szeroko stosowane w niszczeniu makrobakterii, sterylizacji sprzętu medycznego, chociaż nadmierna ekspozycja na promienie ultrafioletowe może nie być dobra dla ludzi i może powodować różne infekcje skóry. Czujniki lub detektory ultrafioletowe (UV) służą do wykrywania promieniowania UV emitowanego w czasie zapłonu. UV czujniki płomienia są w stanie wykryć pożary i wybuchy w czasie 3–4 milisekund.
Co to jest ciało czarne?
W 1860 roku Gustav Kirchhoff przedstawił pierwszą koncepcję ciała czarnego. Stwierdził, że
... przypuszczenie, że można sobie wyobrazić ciała, które przy nieskończenie małych grubościach całkowicie pochłaniają wszystkie padające promienie i nie odbijają ani nie przepuszczają żadnego. Nazwę takie ciała idealnie czarnylub, w skrócie, czarne ciała
„O relacji między promieniowaniem i mocą pochłaniania światła i ciepła różnych ciał”
Ciało czarne to materiał, który może pochłaniać i emitować światło o każdej długości fali lub częstotliwości, tj. (E = a = 1). W naturze nie można znaleźć 100% ciała czarnego. Materiał znany jako sadza jest najbliższy rzeczywistemu ciału czarnemu na Ziemi. Słońce jest jednym z głównych ciał czarnych we Wszechświecie i emituje światło o wszystkich długościach fal. Kiedy ciało czarne jest w równowadze termicznej, emituje promieniowanie ciała doskonale czarnego. Promieniowanie ciała doskonale czarnego odnosi się do promieniowania emitowanego przez ciało doskonale czarne przy każdej możliwej długości fali światła. Znane jest również jako promieniowanie wnękowe.
Oświadczenie o prawie Rayleigh-dżinsów
Tbrytyjski fizyk Lord Rayleigh i Sir James Jeans zmierzył emisję widmową ciała doskonale czarnego na podstawie fizyki klasycznej i wielu czynników empirycznych, które można określić jako.
„Czarne ciało w Równowaga termiczna będzie emitować promieniowanie we wszystkich freq. zakresy i jako freq. wzrost energii emisji promieniowania wzrost”.
~ Lord Rayleigh i Sir James Jeans
Matematyczne równanie prawa Rayleigha-dżinsa to
) jest gęstością energii promieniowania, to częstotliwość, T to temperatura w kelwinach, 
jest prędkością światła, K jest stałą Boltzmanna. (katatrofa ultrafioletowa)Zgodnie z powyższym wyrażeniem gęstość energii promieniowania jest wprost proporcjonalna do częstotliwości, tj. Wraz ze wzrostem częstotliwości energia promieniowania powinna również rosnąć, odchodząc w nieskończoność, gdy długość fali zmierza do zera. To prawo wykazało poważny błąd w klasycznej teorii fizyki.
Problem z prawem Rayleigha-Jeansa
Wszystkie tryby oscylatora harmonicznego lub stopnie swobody układu ciała doskonale czarnego w równowadze powinny mieć średnią energię równą KT, jak określono w twierdzenie o ekwipartycji klasycznej mechaniki statystycznej. Zgodnie z prawem Rayleigha-Dżinsa, energia promieniowania rozchodzi się w kierunku nieskończoności, gdy długość fali zmierza do zera. Oznacza to, że moc promieniowana jest nieograniczona w pewnym zakresie wysokich częstotliwości. To wyraźnie narusza prawa fizyki, które mówią, że obiekt nigdy nie może posiadać nieskończonej ilości mocy lub energii, jak udowodnił Albert Einstein.
Ponadto, mierzone fizycznie, uzyskane wartości energii znacznie różniły się od wartości przewidywanych. Błąd między przewidywaną ilością promieniowania energetycznego a uzyskaną ilością promieniowania energetycznego jest znacznie bardziej wyraźny przy krótszych długościach fal, co prowadzi do katastrofy ultrafioletowej.
To była ogromna wada prawa Rayleigh-Jeansa. Kwestia katastrofy ultrafioletowej została później rozwiązana przez Maxa Plancka i Alberta Einsteina, tworząc odpowiednio prawo Plancka i równanie Einsteina.
Oświadczenie o prawie Plancka
W XX wieku Max Planck intensywnie pracował nad promieniowaniem elektromagnetycznym i sformułował jedno z najważniejszych i najbardziej kontrowersyjnych praw stulecia. Według niego energia promieniowania przyszła w małych dyskretnych paczkach zwanych kwantami, które są proporcjonalne do częstotliwości promieniowania. Jego oświadczenie brzmiało:
Energia promieniowania elektromagnetycznego jest ograniczona do niepodzielnych pakietów (zwanych „kwantami”), jeden z każdego pakietu ma energię taką samą, jak iloczyn stałej Plancka i częstotliwości promieniowania.
Matematyczne równanie funkcji rozkładu widmowego natężenia prawa Plancka to
to częstotliwość, to prędkość światła, λ to długość fali.Doprowadziło to do sformułowania prawidłowej postaci funkcji rozkładu widmowego (jak pokazano poniżej) oszacowanych przez popularnego naukowca Einsteina (w 1905 r.) I Satyendra Nath Bose (w 1924 r.). Ten współczynnik dystrybucji nie jest całkowicie proporcjonalny do częstotliwości. Odwrotna proporcjonalność do współczynnika wykładniczego przyczynia się do ograniczenia wartości energii uzyskiwanych przy krótszych długościach fal lub dłuższych częstotliwościach. Równanie to mogłoby faktycznie przewidzieć eksperymentalnie uzyskane wartości energii promieniowania przy danej długości fali, eliminując katastrofę ultrafioletową.
) jest gęstością energii promieniowania, to częstotliwość, T to temperatura w kelwinach, jest prędkością światła, K jest stałą Boltzmanna, h jest stała Plancka.Prawo Plancka doprowadziło również do sformułowania teorii stojącej za efektem fotoelektrycznym przez Einsteina. Elektron obecny w stanie niższej energii ma tendencję do pochłaniania energii zewnętrznej w postaci światła (fotonów), aby osiągnąć wyższy stan energetyczny i występuje tylko wtedy, gdy energia obecna w fotonie jest identyczna z różnicami energii między dwoma poziomami .
Dowiedz się więcej o świetle wizyta tutaj
Przeczytaj także:
- Lustro sferyczne
- Czy eukarionty mają introny
- Odwrócenie populacji
- Teoria barda armatniego
- Jak powstaje cień?
- Jakie są polimery węglowodanów
- Sejsmolog, sejsmolog
- Autorefraktor
- Oktaedr
- Teoria Freuda
Cześć, jestem Sanchari Chakraborty. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Zawsze lubię odkrywać nowe wynalazki w dziedzinie elektroniki.
Jestem chętnym uczniem, obecnie inwestuję w dziedzinę optyki stosowanej i fotoniki. Jestem także aktywnym członkiem SPIE (Międzynarodowe stowarzyszenie optyki i fotoniki) oraz OSI (Indyjskie Towarzystwo Optyczne). Moje artykuły mają na celu przybliżenie tematów badań naukowych wysokiej jakości w prosty, ale pouczający sposób. Nauka ewoluuje od niepamiętnych czasów. Próbuję więc wykorzystać tę ewolucję i przedstawić ją czytelnikom.
Połączmy się przez