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.

График расподеле јачине зрачења црног тела је приказан симулацијом:

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.

Коментари

Популарни чланци

Електрична струја у води и ваздуху

Ако стојим до колена у води, да ли ће струја прво стићи до мене кроз ваздух или воду? Први део одговора односи се на чињеницу да је ваздух одличан изолатор према протицању електричне струје. Проводљивост воде је условљена присуством примеса. Слана вода поседује добру проводљивост, питка вода је знатно слабији проводник док је дестилована вода лош проводник, али ипак поседује нижу специфичну отпорност од ваздуха. Према томе, под нормалним условима, електрична струја не би могла да се простире кроз ваздух па је вода једина средина погодна за проток електричне струје.

Други део одговора односи се на то када услови нису уобичајени. Ту мислим на појаву муње. Да би се испољила, неопходно је да се између доњег дела облака и површине тла формира јако електрично поље тако да непроводни ваздух буде у стању плазме. То значи да су присутни молекули ваздуха у великој мери јонизовани под утицајем електричног поља. Поменуто поље врши убрзавање наелектрисања ка електричним потенцијалима супротног зна…

Феромагнетици, парамагнетици и дијамагнетици

Упрошћена слика електрона у атому приказује ову честицу на начин да се обрће дуж орбитале, око језгра брзином сталне бројне вредности, али и око своје осе (спин). С обзиром да је електрон наелектрисан, током кретања ствара два магнетна поља: једно настаје због кретања око језгра, а друго због обртања око своје осе. Та два магнетна поља одређују магнетни (диполни) моменти- орбитални и спински. Ова величина је својствена и честицама у атомском језгру, али је њихов допринос укупном магнетном моменту атома знатно мањи те није битан за тумачење магнетних особина материјала. Стрелицама су приказани укупни магнетни моменти атома - као збир магнетних момената електрона.


Код материјала који припадају групи дијамагнетика, атоми не поседују магнетни момент (или је веома слаб) када материјал није изложен дејству магнетног поља. Међутим, у магнетном пољу, као што запис приказује, атоми дијамагнетика стичу магнетне моменте који су усмерени на начин да слабе магнетно поље. Типични представници су в…

Карноов циклус

На почетку индустријске револуције постојала је потреба да се унапреди рад парне машине и ефикасност. Сади Карно, физичар и официр у француској војсци, размишљао је о томе који гас/пару је потребно употребити и на какав начин да би се остварио највећи степен искоришћења. Из тог делања је проистекао други закон термодинамике, мада установљен од стране других физичара. Треба запазити да је Карно све време писао о калорику као радној супстанци парне машине - флуиду који садржи топлотну енергију и струји између објеката на различитој температури. Није први пут да се у физици стиже до нових открића помоћу погрешних претпоставки. Графички приказ машине, такозвани Карноов циклус, је уведен у физику много година касније. Приказ представља Карноову топлотну машину, на начин како је он замислио рад уређаја са највећим степеном искоришћења калорика:

Централни део записа сачињава цилиндар са радним телом. Карно није прецизно назначио о каквом флуиду се ради. Са леве стране је грејач, извор топло…

Једначина континуитета

Условљеност брзине протицања флуида површином попречног пресека струјне цеви први је уочио Леонардо да Винчи. Он, наравно, није изучавао струјне цеви већ је појаву уочио осматрајући протицање воде при различитим условима. Галерија Уфици у Фиренци садржи импозантну збирку његових нацрта и модела, али се Леонардово име ипак ретко помиње у контексту открића у физици - јер не постоје. Узрок томе сигурно није слабо познавање математике, јер би у том случају и Мајкл Фарадеј проживео живот као непознати књиговезац. Према томе, математичка формулација једначине није његово дело.

Запис је могуће употребити као пратећи садржај наставе физике у гимназији. Струјна цев садржи три струјне линије, а свакако их може бити много више, и то што се не секу је последица ламинарног протицања флуида. Ламинарност представља неопходан услов за формулисање једначине континуитета, у облику који се наводи у гимназији. Исто тако флуид поседује сталну густину упркос промени притиска, а ни вискозност није присутна…