Musta kappale

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Mustaa kappaletta kuvaava koejärjestely. Sisältä mustaksi maalattu laatikko absorboi kaiken säteilyn, joka pääsee sisälle aukosta.
Mustan kappaleen säteilyn voimakkuus eri lämpötiloissa

Musta kappale on fysiikassa käytetty termi ideaalisesta kappaleesta, joka absorboi kaiken siihen kohdistuvan säteilyn[1] eikä siis heijasta sitä lainkaan. Musta kappale asettuu ympäristönsä kanssa aina säteilytasapainoon ja sen säteilyspektri riippuu vain sen sisäisestä lämpötilasta. Käytännössä musta kappale ei kuitenkaan ole väriltään musta, sillä pysyäkseen termisessä tasapainossa sen on emittoitava jatkuvasti absorboimansa energiamäärä säteilyä.

Esimerkiksi Aurinkoa, ja muita tähtiä, voidaan mallintaa varsin hyvällä tarkkuudella mustina kappaleina, ja tämän avulla laskea muun muuassa niiden terminen tasapaino.

Klassinen fysiikka ei pystynyt selittämään mustan kappaleen lähettämän säteilyn spektrin muotoa. Tätä ongelmaa kutsuttiin ultraviolettikatastrofiksi: kun aallonpituus pienenee, klassisen teorian mukaan säteilyn energiatiheyden pitäisi kasvaa rajatta. Ongelmalle esitti ratkaisun vuonna 1900 Max Planck kvanttihypoteesillaan, jonka mukaan sähkömagneettinen säteily voi esiintyä vain tietynsuuruisina diskreetteinä paketteina, kvantteina. Tästä havainnosta, ja Albert Einsteinin sille antamista tulkinnoista sai alkunsa kvanttimekaniikka.

Mustan kappaleen suurimman intensiteetin aallonpituus saadaan Wienin siirtymälaista ja intensiteetti Stefanin-Boltzmannin laista.

Aurinko on erinomainen esimerkki mustasta kappaleesta. Sen lämpötila on ~5777 K.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 670. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]