„Hőmérsékleti sugárzás” változatai közötti eltérés

Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
nincs szerkesztési összefoglaló
a (Hőmérsékleti sugárzás lapot átneveztem Hősugárzás névre)
A '''hősugárzás''' vagy '''hőmérsékleti sugárzás''' a [[hőátadás]] olyan formája, amely során a [[hő]]t [[elektromágneses sugárzás]] közvetíti. A testek minden T > 0 K hőmérsékleten elektromágneses hullámokat bocsátanak ki, a környezet hőmérsékletétől függetlenül. Ezt a jelenséget '''hőmérsékleti sugárzásnak''' nevezik. Ez Prévost tétele ([[Pierre Prévost]] , svájci fizikus, filozófus (1751 – 1839).
==A hőmérsékleti sugárzás néhány kvalitatív tulajdonsága==
*Az energiakibocsátás széles hullámhossztartományban történik (0< λ< <math>\infty</math>)
*A sugárzás intenzitása és spektrális (hullámhossz vagy frekvencia szerinti) energiaeloszlása egy adott testnél csak a hőmérséklettől függ
*A kibocsátás (emisszió) és az elnyelés (abszorpció) folyamata egymástól független. A testek akkor is sugároznak, ha a környezet miatt nem nyelnek el energiát.
Termodinamikai egyensúly esetén az emittált és az abszorbeált energia megegyezik, ellenkező esetben a sugárzó test melegszik vagy hűl a környezetéhez képest.
A két folyamat függetlensége azt jelenti, hogy a sugárzó test nem azt az energiát bocsátja ki, amit elnyelt.
==A hőmérsékleti sugárzás klasszikus törvényei==
 
== A hőmérsékleti sugárzáshősugárzás néhány kvalitatív tulajdonsága ==
===Kirchhoff sugárzási törvénye===
* Az energiakibocsátás széles hullámhossztartományban történik (0< λ< <math>\infty</math>)
* A sugárzás intenzitása és spektrális (hullámhossz vagy frekvencia szerinti) energiaeloszlása egy adott testnél csak a hőmérséklettől függ
* A kibocsátás (emisszió) és az elnyelés (abszorpció) folyamata egymástól független. A testek akkor is sugároznak, ha a környezet miatt nem nyelnek el energiát.
 
Termodinamikai egyensúly esetén az emittált és az abszorbeált energia megegyezik, ellenkező esetben a sugárzó test melegszik vagy hűl a környezetéhez képest. A két folyamat függetlensége azt jelenti, hogy a sugárzó test nem azt az energiát bocsátja ki, amit elnyelt.
 
== A hőmérsékleti sugárzáshősugárzás klasszikus törvényei ==
=== Kirchhoff sugárzási törvénye ===
[[Gustav Robert Kirchhoff]] (német fizikus (1824 – 1887); sugárzási törvénye szerint (1859) bármely testnél egy adott hullámhosszon és hőmérsékleten a spektrális emisszióképesség és az abszorpcióképesség hányadosa állandó.
A törvénynek a következményei:
* Mivel bármely test spektrális emisszióképessége felírható abszorpcióképességének és az abszolút fekete test spektrális emisszióképességének a szorzataként, ezért megállapítható, hogy egy adott hullámhosszon és hőmérsékleten a fekete test emisszióképessége a legnagyobb.
Ebből az is következik, hogy az összemisszió-képessége is az abszolút fekete testnek a legnagyobb, vagyis egy adott hőmérsékleten a fekete test sugároz a legjobban.
* Ha egy test adott hullámhosszon és hőmérsékleten sugároz, akkor ezen a hullámhosszon és hőmérsékleten abszorbeál is. Fordítva ez nem teljesül; ha egy test adott hullámhosszon és hőmérsékleten sugarakat nyel el, akkor még nem biztos, hogy azon a hőmérsekleten ki is bocsátja azokat.
 
=== Stefan-Boltzmann törvény ===
A [[StefanStefan–Boltzmann-Boltzmann törvény]] ([[Joseph Stefan]], osztrák fizikus (1835 – 1893), ([[Ludwig Eduard Boltzmann]] (1844 – 1906) osztrák fizikus és filozófus), szerint az abszolút fekete test összemisszió-képessége (fluxus sűrűség) egyenesen arányos a termodinamikai (abszolút) hőmérséklet negyedik hatványával:
 
<math> j^{\star} = \sigma T^{4}.</math>
<math>\sigma</math> a Stefan-Boltzmann állandó
 
=== Wien-féle eltolódási törvény (Wien I.törvénye) ===
 
[[Wilhelm Wien]] (német fizikus, 1864 – 1928, Nobel –díj 1911) az abszolút fekete test T hőmérsékletéhez tartozó spektrális emisszióképesség görbéjének maximumhelyére vonatkozóan állapított meg törvényt (1893).
''b'' a Wien –féle eltolódási állandó
Az eltolódási törvény kvalitatív igazolása látható akkor, amikor egy izzó test (pl. izzó vasdarab) színét vizsgáljuk a hevítés során. Alacsony hőmérsékleten az izzó test vörös színű. A hőmérséklet emelkedésével a test színe világos vörös, sárgás fehéres, végül kellően magas hőmérsékleten kékes színűvé válik. A jelenség azzal magyarázható, hogy a spektrális emisszióképesség maximuma a növekvő hőmérséklettel a csökkenő hullámhossz felé, vagyis a vörös tartományból az ibolya felé tolódik. A csillagok színe és az ebből adódó elnevezés is (vörös óriás, fehér törpe) az eltolódási törvénnyel magyarázható.
Alacsony hőmérsékleten az izzó test vörös színű. A hőmérséklet emelkedésével a test színe világos vörös, sárgás fehéres, végül kellően magas hőmérsékleten kékes színűvé válik.
A jelenség azzal magyarázható, hogy a spektrális emisszióképesség maximuma a növekvő hőmérséklettel a csökkenő hullámhossz felé, vagyis a vörös tartományból az ibolya felé tolódik.
A csillagok színe és az ebből adódó elnevezés is (vörös óriás, fehér törpe) az eltolódási törvénnyel magyarázható.
 
=== Wien II. sugárzási törvénye ===
Kevésbé ismert Wien második törvénye, amely a maximális intenzitásérték hõmérsékletfüggését adja meg. Eszerint a maximális intenzitás értéke a hõmérséklet ötödik hatványával arányos, vagyis:
 
<math> I_{max}=K\ T^5</math>
 
===Rayleigh-Jeans Rayleigh–Jeans-törvény ===
John Rayleigh, ([[John William Strutt]] III. Lord Rayleigh,angol fizikus, (1842 – 1919); Nobel díj, 1904) és [[James Jeans]] (angol fizikus és csillagász (1877 – 1946) 1900-ban a spektrális emisszióképességet leíró függvény analitikai alakjának elméleti úton történő levezetését a klasszikus fizika alapján kísérelte megoldani.
 
<math>B_\nu(T) = \frac{2 \nu^2 k T}{c^2}.</math>
A problémát nem lehetett megoldani a klasszikus fizika alapján.
 
== Planck hipotézise és sugárzási törvénye ==
 
A hőmérsékleti sugárzás problémáját [[Max Planck]] (német fizikus (1858 -1947), Nobel –díj, 1918) oldotta meg.
Planck abból a feltevésből indult ki, hogy az oszcillátorokra növekvő frekvencia esetén nem juthat kT átlagos energia, hanem annál kisebb. Plancknak a hőmérsékleti sugárzás problémáját úgy sikerült megoldania, hogy a klasszikus fizikától merőben eltérő új hipotézissel élt: az oszcillátorok energiája nem folytonos, hanem
Plancknak a hőmérsékleti sugárzás problémáját úgy sikerült megoldania, hogy a klasszikus fizikától merőben eltérő új hipotézissel élt: az oszcillátorok energiája nem folytonos, hanem
 
:<math>E = h \cdot \nu</math>
 
:<math>I(\nu,T) =\frac{ 2 h\nu^{3}}{c^2}\frac{1}{ e^{\frac{h\nu}{kT}}-1}.</math>
 
 
Planck törvénye felírható a spektrális energia sűrűség függvényeként is.
 
:<math>u(\nu,T) = { 4 \pi \over c } I(\nu,T) = \frac{8\pi h\nu^3 }{c^3}~\frac{1}{e^{\frac{h\nu}{kT}}-1},</math>
 
 
 
A hullámhossz függvényében:<ref name="Planck 1914 6 168"/><ref name="Rybicki 1979 22"/>
 
:<math>I'(\lambda,T) =\frac{2 hc^2}{\lambda^5}\frac{1}{ e^{\frac{hc}{\lambda kT}}-1}.</math>
 
 
Planck törvényéből könnyen levezethető a Wien-féle eltolódási törvény és a klasszikus Stefan-Boltzmann törvény.
Planck törvényének igazi jelentőségét mégsem ez adja, hanem a kimunkálásakor felvetett hipotézis újszerűsége, mely a kvantumfizika kezdetét jelentette.
 
== Jegyzetek ==
{{jegyzetek}}
 
==Irodalom Források ==
* {{CitLib|szerző=Pintér Ferenc|cím=Általános fizika, Atomhéjfizika |év=2003|kiadó=Dialóg Campus Kiadó|isbn=|oldal=347-366}}
 
== További információk ==
*{{CitLib|szerző=Pintér Ferenc|cím=Általános fizika, Atomhéjfizika |év=2003|kiadó=Dialóg Campus Kiadó|isbn=|oldal=347-366}}
 
==Külső hivatkozások==
*http://www.uni-miskolc.hu/~www_fiz/fiz2b/node37.html
*http://www.uni-miskolc.hu/~www_fiz/modern1/04.htm
*http://www.roik.bmf.hu/fizika/feketetest/index.html
 
[[Kategória:HőmérsékletiElektromágneses sugárzás]]
==Források==
[[Kategória:Hőtan]]
{{források}}
 
[[Kategória:Hőmérsékleti sugárzás]]
 
[[en:Thermal radiation]]

Navigációs menü