Absolútne čierne teleso

Absolútne čierne teleso (iné názvy: Planckov žiarič, dokonale čierne teleso, čierne teleso, čierny žiarič) je hypotetické teleso, ktoré úplne pohlcuje elektromagnetické žiarenie všetkých vlnových dĺžok dopadajúce na jeho povrch. Absorpčný koeficient absolútne čierneho telesa je 1 pre všetky vlnové dĺžky. Absolútne čierne teleso je súčasne ideálny žiarič, zo všetkých možných telies tej istej teploty vysiela najväčšie množstvo žiarivej energie. Celkové množstvo energie, ktoré sa vyžiari z povrchu absolútne čierneho telesa za jednotku času a rozloženie intenzity žiarenia podľa vlnových dĺžok, závisí len od  jeho teploty. Celkovú intenzitu žiarenia absolútne čierneho telesa popisuje Stefanov-Boltzmannov zákon. Žiarenie Slnka pomerne dobre zodpovedá žiareniu absolútne čierneho telesa s teplotou približne 5800 K, reliktové žiarenie zodpovedá žiareniu absolútne čierneho telesa s teplotou 2,7 K.

Experimentálna aproximácia absolútne čierneho telesa 
 Schopnosť telesa vysielať elektromagnetické žiarenie úzko súvisí s jeho schopnosťou pohlcovať žiarenie, pretože teleso pri konštantnej teplote je v termodynamickej rovnováhe so svojím okolím, teda získava pohlcovaním energie od okolia rovnaké množstvo energie, ako do okolia odovzdáva.Absolútne čierne teleso možno aproximovať dutým telesom s veľmi malým otvorom. Všetko žiarenie, ktoré vniká do dutiny, zostáva v dutine a postupne je stenami dutiny pohltené. Steny dutiny neustále vysielajú a pohlcujú žiarenie a žiarenie, ktoré z dutiny uniká cez malý otvor má vlastnosti žiarenia absolútne čierneho telesa. Experimentálne sa zistilo, že množstvo vyžiarenej energie závisí od teploty a je tým väčšie, čím je teplota telesa vyššia. Vysielané žiarenie obsahuje elektromagnetické vlny rôznej vlnovej dĺžky a experimentálne sa zistilo, že relatívne množstvo energie žiarenia s istou vlnovou dĺžkou sa tiež mení. Množstvo vysielanej energie sa hodnotí pomocou spektrálnej hustoty žiarenia I(λ), definovanej ako množstvo energie pripadajúcej na jednotkový interval vlnovej dĺžky. Pre malé a veľké hodnoty vlnovej dĺžky klesá k nule.

Wienov posuvný zákon 
Maximum I(λ) je pri istej hodnote λ(max), pričom

 , b=2.897 768 5(51) × 10–3 m K

Tento empirický vzťah sa nazýva Wienov posuvný zákon.

Zákon žiarenia absolútne čierneho telesa podľa klasickej fyziky 
Zo zákonov klasickej fyziky koncom 19. storočia Rayleigh a Jeans odvodili zákon žiarenia absolútne čierneho telesa v tvare:

Tento vzťah sa nazýva Rayleighov-Jeansov zákon. Pri znižovaní  λ k hodnotám ultrafialovej časti spektra, by I smerovalo k nekonečnu, čo bolo v príkrom rozpore s experimentom. Tento nesúlad klasickej teórie s experimentom sa vo fyzikálnej literatúre nazýval ultrafialová katastrofa.

Kvantový zákon žiarenia absolútne čierneho telesa 
Nemecký fyzik Max Planck sa zaoberal problémom žiarenia absolútne čierneho telesa a uvažoval, že príčinou zlyhania teórie bude niečo, čo sa pokladá za samozrejmé, ale nemusí to byť pravdivé. Vyslovil hypotézu, podľa ktorej si harmonický oscilátor môže vymieňať energiu s okolím iba nespojite po istých kvantách hodnoty

kde  je frekvencia oscilátora a  je Planckova konštanta, ktorej hodnota je 

Na základe predstavy, že teleso sa skladá z veľkého množstva takýchto oscilátorov, odvodil zákon žiarenia absolútne čierneho telesa

Ten istý zákon pre frekvenciu

kde 

 je množstvo energie na jednotku plochy za jednotku času vyžiarenej v jednotkovom priestorovom uhle vo frekvenčnom intervale  a 
 je teplota absolútne čierneho telesa
 je Planckova konštanta
 je rýchlosť svetla
 je Boltzmannova konštanta

Na základe tohoto zákona Albert Einstein odvodil teóriu fotoelektrického javu.

Referencie 

Termodynamika
Kvantová fyzika
Elektromagnetické žiarenie
Absorpcia