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

Дилатација времена

Следи видео приказ Ајнштајновог мисаоног експеримента. Светлосни сигнал простире се као плафону возила, где је постављено огледало. Први догађај је слање сигнала, а други догађај је пријем сигнала након што се одбио од огледала. Посматрач изван возила уочава два догађаја на други начин: путања сигнала ће у односу на њега бити једнакокраки троугао:

Да ли су два временска интервала једнака? Искуство нам даје потврдан одговор, али разлика ће бити присутна ако се возило креће релативистичком брзином. Може се доказати да ће временски интервал у односу на путника бити краћи - проистиче да часовник покретног посматрача спорије откуцава време.  Било би погрешно прихвати чињеницу да ће покретни часовник увек спорије откуцавати време. То не мора да буде тако. Временски интервал између два догађаја је најкраћи за оног посматрача у односу на кога се оба догађаја дешавају на истом месту. У близи масивног тела време спорије протиче. Ако галаксију схватимо као компактну масу и ту слику проширимо на …

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:

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…

Дифракција таласа

Франческо Грималди је био језуитски свештеник и професор на Унивезитету у Болоњи. У XVII веку изводи експерименте са светлошћу која пролази кроз отвор на капку прозора. Затим је у правцу простирања зрака поставио непровидни објекат и вршио осматрање сенке. Уочио је већу ширину од очекиване, као и присуство боја на крајевима сенке. Грималди је закључио да је приказ последица тога што се светлост не простире праволинијски и појави даје назив дифракција. Наставак истраживања ове појаве од стране других научника је била испуњена недоумицама о природи светлости. Полазећи од Хајгенсовог тумачења простирања таласа, инжењер Огистен Френел и лекар Томас Јанг су пружили потпуно тумачење појаве дифракције. Дифракција је присутна код механичкихи електромагнетних таласа. Запис је направљен у контексту поглавља прве врсте поменутих таласа. Оба дела записа приказују дифракцију таласа када су отвори различитих величина и зато је величина савијања таласног фронта различита. Поменути таласни фронтови …