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. Intenzita žiarenia povrchu absolútne čierneho telesa a aj 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
right|thumb|S rastúcou teplotou telesa sa vrchol intenzity žiarenia posúva ku kratším vlnovým dĺžkam 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

:\lambda_{max} = \frac{b}{T}  , *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:

:I(\lambda)=\frac {8\pi kT}{\lambda^4}

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

:\,\! \epsilon = h\nu

kde \,\!\nu je frekvencia oscilátora a \,\!h je Planckova konštanta, ktorej hodnota je  \,\! h\,  = 6,626.10^{-34}

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

:I(\lambda)d\lambda = \frac{2\pi hc^2}{\lambda^5} \frac{1}{e^{hc/\lambda kT}-1} d\lambda

Ten istý zákon pre frekvenciu

:I(\nu) = \frac{2\pi h\nu^{3}}{c^3}\frac{1}{e^{{h\nu}/kT}-1}

kde 

*I(\nu)d\nu \, je množstvo energie na jednotku plochy za jednotku času vyžiarenej v jednotkovom priestorovom uhle vo frekvenčnom intervale \,\!\nu a \,\!\nu+\mathrm{d}\nu
*T \, je teplota absolútne čierneho telesa
*h \, je Planckova konštanta
*c \, je rýchlosť svetla
*k \, je Boltzmannova konštanta

Na základe tohoto zákona Albert Einstein odvodil teóriu fotoelektrického javu.

## Referencie

Kategória:Termodynamika
Kategória:Kvantová fyzika
Kategória:Elektromagnetické žiarenie
Kategória:Absorpcia
Kategória:Eponymické termíny vo fyzike