Ce este corpul negru?
Fizicienii au ajuns de comun acord la definitia corpului negru. Acesta este corpul care absoarbe total radiatiile luminoase ce cad asupra sa, a carui putere de absorbtie este egala cu unitatea.
Experimental s-a pus in evidenta faptul ca unele corpuri incalzite emit radiatii. Kirchhoff a fost cel care a aratat ca o cavitate (de exemplu - un cuptor) incalzita la o temperatura uniforma, in peretele careia se face un mic orificiu, se comporta ca un corp negru. Intr-adevar, toata radiatia care cade din afara pe orificiu trece prin el in cavitate, si, dupa reflexii repetate pe pereti, este in cele din urma absorbita de acestia. Prin urmare, radiatia din interior si deci radiatia care iese prin orificiu afara trebuie sa aiba exact aceeasi distributie spectrala a intensitatii ca si distributia caracteristica radiatiei corpului negru.
S-a aratat tot experimental ca radiatia corpului negru este influentata doar de temperatura acestuia.
Pentru a continua trebuie sa definim doua marimi:
Emitanta spectrala, u, definita ca fiind fluxul emis in unitatea de arie a radiatorului, in unitatea de lungime de unda ( - +d), impartita la d: . Fluxul emis pe unitatea de arie in unitatea de lungime de unda va fi .
Energia radianta in tot spectrul lungimilor de unda, raportata la aria elementara, se numeste emitanta energetica:
Evolutia imaginii asupra emisiei corpului negru.
Legea Stefan-Boltzmann (1879) afirma ca emitanta energetica a corpului negru este proportionala cu puterea a patra a temperaturii:
Deci, cu cat un corp este mai fierbinte, cu atat el radiaza mai mult. Urmatorul pas l-a facut W. Wien. El a descoperit legea de deplasare (1893), care ii poarta numele, si care afirma ca emitanta spectrala (pe unitatea de frecventa) este data de o ecuatie de forma:
unde F este o functie care depinde numai de raportul dintre frecventa si temperatura, si a carei forma explicita nu poate fi determinata prin metode termodinamice. Se poate observa ca legea lui Wien include si legea Stefan-Boltzmann; pentru a o deduce trebuie sa integram pe intreg spectrul: . Punand si integrand, avem , asta pentru ca integrala nu depinde de x.
Legea lui Wien se mai numeste si "legea de deplasare", din urmatorul motiv. S-a constatat experimental ca emitanta spectrala a unui corp incalzit, mentinut la o temperatura constanta, reprezentata in functie de lungimea de unda, conduce la o curba asemanatoare cu cea din figura. Ea prezinta un maxim pentru o anumita lungime de unda max. Daca modificam acum temperatura corpului radiant, se modifica si graficul emitantei. In particular, se deplaseaza si pozitia maximului. S-a constatat experimental ca produsul dintre temperatura si lungimea de unda la care se atinge maximul emitantei este constant (figurile), adica:
Legatura dintre emitanta spectrala in functie de frecventa si emitanta spectrala in functie de lungimea de unda este aproape evidenta, , si asta pentru ca = c. Deci emitanta spectrala in functie de lungimea de unda va avea forma:
