Was ist anders als das Licht der Sonne: eine Beschreibung und Unterschiede

Es ist schwierig, in der Wohnung zwei Objekte zu finden, die sich in ihrem Maßstab von unserer Leuchte und einer gewöhnlichen Glühbirne pro Hundert stark unterscheiden: Selbst der durchschnittliche Durchmesser der beiden unterscheidet sich um zehn Größenordnungen (~ 1, 392 · 10 ^ 9 Meter bzw. ~ 0, 05 Meter) Beide Objekte sind Lichtquellen, und in dieser Hinsicht ist es sinnvoll, sie zu vergleichen.

Spektrum und Farbtemperatur

Seit unserer Kindheit und den ersten unabhängigen physikalischen Experimenten (wie das Einschlagen eines Nagels in die Flamme eines Gasherds oder das Ausblasen von Kohle aus einem Feuer) wissen wir bereits, dass ein Stoffkörper, der richtig erhitzt wird, anfängt zu leuchten - und je heller, desto stärker sind wir aufheizen

Wissenschaftler waren lange an der gleichen Frage interessiert, mussten jedoch für eine streng quantitative und qualitative Beschreibung des Phänomens zunächst ein abstraktes Konzept einführen - einen absolut schwarzen Körper (ACHT). Der Punkt ist, dass elektromagnetische Strahlung von einem erhitzten Körper (und Licht ist nur elektromagnetische Strahlung, wie Radiowellen, Röntgenstrahlen usw.) im Wesentlichen davon abhängt, welche Wellenlängen (Spektrumsegmente) ein solcher Körper absorbiert.

Das Prinzip ist einfach: Wenn etwas in einigen Bereichen sehr gut absorbiert wird, dann strahlt es auch in denselben Bereichen gut aus - deshalb wird solch ein abstrakter idealer absorbierender und strahlender Körper „schwarz“ genannt. Gleichzeitig stellen wir fest, dass nicht-ideale Körper als "grau" oder "farbig" bezeichnet werden - und durch entsprechende Korrekturen wieder an die Eigenschaften des schwarzen Körpers "gebunden" werden.

Wir haben also den ABT, der bei jeder Temperatur die gesamte auf ihn fallende Strahlung absorbiert, unabhängig von der Wellenlänge. Wie sieht das Gesetz aus, das sein Spektrum beschreibt? Ende des 19. Jahrhunderts griff der Physiker I.Stefan diese Frage von der praktischen Seite auf, und nach dem theoretischen L. Boltzman heißt das entsprechende physikalische Gesetz in Lehrbüchern jetzt Stefan-Boltzmann-Gesetz.

Es stellte sich heraus, dass die resultierende Volumendichte der Gleichgewichtsstrahlung und der Gesamtemissionsgrad des ABT proportional zum vierten Grad seiner absoluten Temperatur sind (man erinnere sich, dass die absolute Temperatur in Kelvin gemessen wird und vom absoluten Nullpunkt der Temperatur abhängt, der „kälter“ als 273 Grad Celsius ist ) - und in den Lehrbüchern der Physik wurde die bekannte "Buckelkurve" "vorgeschrieben".

Was hat das mit der ursprünglichen Frage zu tun? Ganz einfach: Es stellt sich heraus, dass die entsprechende Kurve für die Sonne perfekt durch die Kurve für die ACHT mit einer Temperatur von ~ 6000 Kelvin beschrieben wird! Gleichzeitig liegt der Peak des Strahlungsmaximums im Bereich von ~ 450 Nanometern (Ultraviolett!) - deshalb sagen wir noch einmal Vielen Dank an unsere irdische Atmosphäre für die Absorption dieser Strahlung auf einem sicheren Niveau, auf dem wir alle auf der Oberfläche des Planeten leben können Tageslicht und nicht in den Löchern sitzen und nur nachts an die Oberfläche kriechen.

Und was ist mit unserer Glühbirne? Seine heiße Spirale folgt ebenfalls dem gleichen Gesetz, aber die resultierende Temperatur ist ungefähr halb so hoch wie die Sonnentemperatur (der Schmelzpunkt von Wolfram, aus dem gewöhnlich Glühlampen hergestellt werden, liegt bei ~ 3422 Grad Celsius - aber die Arbeitstemperatur überschreitet ~ 2800 Grad Celsius nicht) und beträgt ungefähr 3000 Kelvin . Der Spitzenwert der Strahlung der Glühlampe „fährt ab“ in den Infrarotbereich und liegt im Bereich von einem Mikrometer (1000 Nanometer) - das heißt, eine Haushaltsglühlampe „heizt“ mehr als ein „Beleuchtungsgerät“ (Wirkungsgrad ~ 6%) und die geringere Leistung je schlechter die Effizienz).

Erwähnen wir einen weiteren praktischen Aspekt: ​​Neue Leuchtstofflampen und LED-Lampen haben normalerweise eine Farbtemperatur (d. H. Eine AChT-Temperatur mit dem gleichen Farbton), die viel höher ist als eine Glühlampe - und daher ist das Licht einer solchen Lampe "blauer" und weniger verbreitet als rot - Gelbtöne (es werden sogar spezielle Merkmale eingeführt - "kaltes", "neutrales" und "warmes" weißes Licht).

Macht

Der Vergleich der Gesamtstrahlungsleistung der Glühbirne und der Sonne zeigt deutlich die ungeheure Trennung der astronomischen Werte vom Haushalt: Wenn eine Glühbirne in Form von sichtbarem Licht und Wärme 10 ^ 2 Watt abgibt, dann hat die Sonne ~ 4 * 10 ^ 26 Watt - fast fünfundzwanzig Größenordnungen Unterschied! Zählen Sie nun nach Belieben, wie viele Hundertstel Glühlampen benötigt wurden, um die Sonne zu ersetzen, und wie viel Platz sie im Sonnensystem einnehmen würden ...

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