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.

Популарни чланци

Референтни систем

Анимација приказује слободан пад лопте на броду који се креће. О тој појави је размишљао изопштени свештеник Ђордано Бруно. Наслутио је да путања лопте неће бити иста у односу на посматраче на броду и копну. Истакнути историчар развоја физике Милорад Млађеновић цитира један Брунов запис: „Замислимо два човека, једног на броду у покрету, а другог изван њега. Нека обојица имају руку у истој тачки ваздуха и нека са тог истог места истовремено сваки испусти по један камен. Камен првог, не скрећући са (вертикалне) линије пашће на одређено место, док ће камен другога бити померен уназад.” 
Ако се појава посматра у односу на обалу мора као референтни систем, путања поприма изглед хоризонталног хица. Опажајући исту појаву на броду, а то је приказано у другом делу анимације, путања је попут слободног пада. Разлика је присутна, јер се камера у другом делу анимације креће заједно са бродом те поседује брзину својствену броду, док је у првом делу анимације била непокретна у односу на брод:

Квантни бројеви

Боров модел атома данас има једино историјску вредност. Савремено схватање физике је да су положаји електрона на орбитама могући са великим степеном извесности, али постоји вероватноћа да се нађу и изван тога - што је мање вероватно. Међутим, највеће вредности вероватноћа не морају да се поклапају са полупречницима орбита.  Могући положаји електрона у атому представљају електронске облаке:


Главни квантни број n је уведен од стране Бора и одређује вредност енергије електрона у атому, али и више од тога: његову брзину и удаљеност у односу на језгро. Овај квантни број одређује и величину атома, а поседује целобројне вредности. Његове вредности хемичари означавају са: K, L, М... Орбитални квантни број l је одговоран за облик електронског облака, а одређује и бројну вредност орбиталног момента импулса који је квантован. Хемичари употребљавају ознаке: s, p, d... Магнетни квантни број mₗ одређује оријентацију електронског облака у простору. Анимација је приказала три просторна распореда p обл…

Први закон термодинамике

Сумулација првог закона термодинамике, формулисаног од стране Рудолфа Клаузијуса, представљена је помоћу често коришћеног примера: идеалан гас у затвореном цилиндру, са клипом који може да се помера.

Гас се загрева од водоравно постављене плоче, тако да му се увећава унутрашња енергија - и то је приказано променом боје гаса. Затим гас врши рад и помера клип при чему се хлади, јер то остварују на рачун унутрашње енергије. Промена боје симболично представља хлађење. Гас се сабија од стране спољашње силе и због тога се загрева. Промена боје плоче испод цилиндра је последица преношења унутрашње енергије сабијеног гаса ка околини. Рекли сте да молекули хладнијег тела могу пренети кинетичку енергију молекулима топлијег тела. Зар то није супротно II закону термодинамике?  Други закон термодинамике, у складу с чим топлота спонтано прелази са топлијег на хладније тело, тиче се макроскопских тела. На нивоу микро света, могуће је да поједини молекули хладнијег тела имају веће кинетичке енергије од…

Инерцијалне силе

Разумевање појма инерцијалних сила представља изазов за ђаке у првом разреду гимназије. Моје мишљење је да та материја не би смела да се појављује у настави физике намењеној петнаестогодишњацима. Потребно је извршити реформу гимназије на начин да ђаци у вишим разредима, након што донесу неку оквирну одлуку о будућим студијама, упознају градиво за чије разумевање је потребно уложити више времена или захтева већу зрелост. Видео запис Запис приказује кутију у возилу које се креће равномерно убрзано, али тако да је трење између кутије и подлоге у тој мери слабо да се може занемарити. У првом делу камера мирује. На кутију делују сила теже и сила реакције подлоге па кутија мирује у односу на тог посматрача. Други део анимације приказује кутију из перспективе камере која се креће једнаким убрзање као и возило.


Непокретни посматрач тумачи мировање кутије тиме што не постојe силe у хоризонталном правцу. Ако се посматрач креће убрзањем попут возила, уочиће померање кутије у смеру који је супро…