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

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…

Бернулијева једначина

Данијел Бернули се бавио физиком, математиком, астрономијом, филозофијом и медицином. Како ли му је то полазило за руком? У физици је познат као истраживач својстава флуида. Применом закона одржања енергије проистиче да је за промену кинетичке и гравитационе потенцијалне енергије делића флуида потребно да постоји рад извора енергије, који се испољава путем разлике у статичким притисцима флуида.  Облик Бернулијеве једначине у гимназијској физици подразумева флуид без трења између слојева, да није стишљив и не размењује топлотуса околином.


Постоји неколико занимљивих примера примене Бернулијеве једначине. Видео запис приказује опструјавање авионског крила помоћу приказа струјних линија. Иако ваздушна струја у овом случају није идеалан флуид, могуће је приближити Бернулијево откриће младим нараштајима.  Запажамо да се ваздушна струја цепа на предњој ивици. Део струје испод крила има једноставну путању, али путања делића изнад горњег дела је сложенија, јер је горња површина крила закривљ…

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…

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…