Cos perfectament negre: un problema de la física newtoniana

Taula de continguts:

Cos perfectament negre: un problema de la física newtoniana
Cos perfectament negre: un problema de la física newtoniana
Anonim

El cos absolutament negre és un objecte físic mental idealitzat. Curiosament, no ha de ser gens negre. Aquí és diferent.

cos completament negre
cos completament negre

Albedo

Tots recordem (o almenys hauríem d'haver recordat) del curs de física de l'escola que el concepte "albedo" implica la capacitat de la superfície d'un cos per reflectir la llum. Així, per exemple, les cobertes de neu dels casquets glacials del nostre planeta són capaços de reflectir fins al 90% de la llum solar que hi cau. Això vol dir que es caracteritzen per un alt albedo. No és sorprenent que els empleats de les estacions polars sovint es vegin obligats a treballar amb ulleres de sol. Al cap i a la fi, mirar neu pura és gairebé el mateix que mirar el Sol a ull nu. En aquest sentit, Encèlad, la lluna de Saturn, que està quasi totalment composta per gel d'aigua, té una reflectivitat rècord a tot el sistema solar, té un color blanc i reflecteix gairebé tota la radiació que cau a la seva superfície. D' altra banda, una substància com el sutge té un albedo inferior a l'1%. És a dir, absorbeix aproximadament el 99% de la radiació electromagnètica.

distribució de l'energia en l'espectre d'un cos negre
distribució de l'energia en l'espectre d'un cos negre

Descripció del cos negre pur

Aquí arribem al més important. Segurament el lector ha endevinat que un cos absolutament negre és un objecte la superfície del qual és capaç d'absorbir absolutament tota la radiació que hi cau. Al mateix temps, això no vol dir en absolut que aquest objecte sigui invisible i, en principi, no pugui emetre llum. No, no ho confongueu amb un forat negre. Pot tenir color i fins i tot ser molt visible, però la radiació d'un cos negre sempre estarà determinada per la seva pròpia temperatura, no per la llum reflectida. Per cert, això té en compte no només l'espectre visible per l'ull humà, sinó també la radiació ultraviolada, infraroja, ones de ràdio, raigs X, radiació gamma, etc. Com ja s'ha dit, un cos completament negre no existeix a la natura. Tanmateix, les seves característiques en el nostre sistema estel·lar s'ajusten millor al Sol, que emet llum però gairebé no reflecteix (procedent d' altres estrelles).

Idealització del laboratori

Des de finals del segle XIX es fan intents de treure objectes que no reflecteixen gens la llum. De fet, aquest problema s'ha convertit en un dels requisits previs per a l'aparició de la mecànica quàntica. En primer lloc, és important tenir en compte que qualsevol fotó (o qualsevol altra partícula de radiació electromagnètica) absorbit per un àtom és immediatament emès i absorbit per un àtom veí, i reemès. Aquest procés continuarà fins que s'assoleixi l'estat de saturació d'equilibri del cos. Tanmateix, quan un cos negre s'escalfa fins a aquest estat d'equilibri, la intensitat de la llum emesa s'iguala a la intensitat de la llum absorbida.

radiació del cos negre
radiació del cos negre

A la comunitat científica de físics, el problema sorgeix quan s'intenta calcular quina hauria de ser aquesta energia de radiació, que s'emmagatzema en equilibri dins d'un cos negre. I aquí arriba el moment increïble. La distribució de l'energia en l'espectre d'un cos completament negre en estat d'equilibri significa la infinitat literal de l'energia de radiació al seu interior. Aquest problema s'ha anomenat catàstrofe ultraviolada.

La solució de Planck

El primer a trobar una solució acceptable a aquest problema va ser el físic alemany Max Planck. Va suggerir que qualsevol radiació és absorbida pels àtoms no de manera contínua, sinó de manera discreta. És a dir, en porcions. Més tard, aquestes parts es van anomenar fotons. A més, les ones radiomagnètiques només poden ser absorbides pels àtoms a determinades freqüències. Simplement passen freqüències inadequades, cosa que resol la qüestió de l'energia infinita de l'equació necessària.

Recomanat: