Пређи на главни садржај

Топлотно зрачење

Половином XVII века започиње истраживање зрака „који нису видљиви, а испољавају топлоту”. Да би се ова појава разграничила у односу на светлост, стекли су назив тамни зраци. Током наредних 150 година врше се експерименти и долази до открића да се и на топлотне зраке односе закони оптике. Обично су коришћена издубљена огледала, при чему је у једној жижи био смештен објекат који је емитовао тамне зраке, а у другој жижи је био термометар. Исто тако се доказује да и светлост испољава топлотно дејство, а не само тамни зраци. 
Почетком XIX века Вилијам Хершел, познат као пионир модерне астрономије, врши експерименте са светлошћу и открива инфрацрвене зраке. Шкотски физичар и математичар Џон Лесли експериментише са коцком начињеном од бакра, која је испуњена загрејаном водом, при чему је једна страница исполирана до високог сјаја, друга обојена у црно, а остале странице су поседовале уобичајену боју за бакар. Лесли закључује да површина која добро одбија топлотне зраке исто тако их слабо и емитује. 
Немачки физичар Вилхелм Вин полази од резултата мерења других физичара и проналази везу између температуре (идеално) црног објекта и таласне дужине на којој објекат емитује највећи износ енергије: ове две величине су обрнуто сразмерне.
Проналажење физичког закона који би тачно тумачио емисију топлоте од стране (идеално) црног објекта није било једноставно. Физичари су полазили од тога да се објекат састоји од честица које емитују топлотно зрачење путем електромагнетних таласа - у континуитету. Међутим, резултати мерења су увек имали нека одступања од теоријски предвиђених резултата. Немац Макс Планк, физичар који је волео да свира клавир, а бавио се још филологијом и филозофијом, пронашао је излаз из проблема тако што је претпоставио да честице објекта емитују топлотне зраке у облику пакетића, кваната енергије - фотона, при чему сваки поседује енергију.
Треба обратити пажњу на једну необичну ситуацију у Планковој хипотези: објекат емитује кванте топлотног зрачења, али током апсорпције кванти не постоје - процес се дешава у континуитету. То проистиче из Планковог уверења да светлост има и таласну природу, а не само честичну. Такав став сигурно потиче и због његовог карактера: сваку новост из света физике је пажљиво анализирао и није био склон брзоплетим закључцима; исто тако је дуго времена био веома скептичан према идеји о постојању атома. Касније је Ајнштајн извршио корекцију Планкове хипотезе.

Видео запис

Да би разумели шта представља топлотно зрачење, погледајмо једну анимацију чајника који се загрева од рингле:



Атоми унутар кристалне решетке од које је сачињена рингла стичу енергију због судара са слободним електронима, а слободни електрони добијају енергију из градске струјне мреже. Атоми живље осцилују око равнотежних положаја што се манифестује као увећање унутрашње енергије рингле. Промене карактера осциловања атома доводи до емитовања електромагнетних таласа у инфрацрвеном делу спектра - материјал се загрева. Ако се увећа енергија предата атомима од стране слободних електрона, стичу се услови да се електрони атома пребаце на више енергетске нивое, а када се врате у у претходно енергетско стање емитују се електромагнетни таласи у видљивом делу спектра. Дакле, увећање температуре материјала узрокује, поред инфрацрвених електромагнетних таласа, и емисију светлости.

Популарни чланци

Гасни термометар

Гасни термометар сачињава балон испуњен гасом и отворена цев у којој се налази жива. Ова направа може да пружи прецизније резултате мерења температуре у односу на термометре који садрже течни флуид.  Поступак мерења се састоји у томе да се инструмент прво калибрише, односно измере се притисци за познате вредности температура при којима се дешавају промене агрегатних стања неке супстанце. Затим се приступа цртању графика P(T) који ће послужити у поступку одређивања непознате температуре гаса. Симулација
Анимација приказује изглед апаратуре, на начин да је прилагођена ученицима у гимназији. Исто тако је приказано кретање молекула у балону, док загревање балона и померање живиног стуба није предмет овог записа.  Када се балон загреје, гас испољава ширење и тежи да потисне живин стуб. Да би запремина гаса остала стална врши се померање десног крака живиног стуба, тако да се ниво живе у левом краку не мења. Дакле, притисак гаса се увећава. Притисак гаса у балону P, атмосферски притисак Pa…

Ерстедов експеримент

Хеленски мислиоци уочили су да материјали који испољавају магнетна својствапривлаче предмете начињене од гвожђа. Било им је познато да је структура камена из Магнезије попут предмета начињених од гвожђа, а привлачно својство тумачили су постојањем извесног флуида који потиче из магнета. С обзиром да је експериментално истраживање у физици заживело тек при крају епохе ренесансе, тумачење магнетизма је протицало споро. Упечатљив пример за тако нешто представља вишевековно погрешно уверења да бели лук може извршити размагнетисавање игле компаса. Због тога је члановима посаде који су руковали том направом било забрањено да једу ову намирницу! Половином XIII века, војни инжењер Пјер д Марикур вршећи експерименте открива да магнет поседује два пола, при чему се полови појављују иако се магнет преполови, а магнетна игла компаса је усмерена у правцу „небеских полова”. Он појаву приписује утицају неба, а не присуству Земљиног магнетног поља. Покушао је и да направи вечити покретач тако што је…

Максвелова расподела брзина молекула

Полазећи од истраживања Рудолфа Клаузијуса, шкотски физичар Џејмс Максвел разрађује кинетичку теорију гасова математичким путем и долази до открића функционалног облика расподеле брзина молекула гасова. Молекули гасова се крећу брзинама различитих бројних вредности. Те вредности су прилично високе. На пример, на температуриод 200 C молекули ваздуха крећу се брзином у просеку око 1500 km/h. То је дупло више у односу на брзине путничких авиона. Садржај анимације Основу анимације чини балон испуњен топлим ваздухом: youtu.be/mwbk_dZMEQg
Први део односи се на расподелу брзина када ваздух није изложен пламену. На ординатној оси није прецизно наведена величина, јер је анимација намењена гимназијској популацији младих људи који похађају други разред и нису у могућности да детаљно упознају расподелу брзина молекула. Димензије молекула нису сразмерне стварној величини из разлога боље прегледности анимације. Оно што није приказано је другачији облик криве за различите гасове.  Други део приказа …