Musta kappale

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Mustaa kappaletta kuvaava koejärjestely. Sisältä mustaksi maalattu laatikko absorboi kaiken säteilyn, joka pääsee sisälle aukosta.

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 muassa niiden terminen tasapaino.

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

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mustan kappaleen säteilyn voimakkuus eri lämpötiloissa

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.

Vantablack, mustin keinotekoinen pinta vuonna 2016.
Aurinko on erinomainen esimerkki mustasta kappaleesta. Sen lämpötila on ~5777 K.

Käytännön mustat kappaleet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 2016 mustin valmistettu materiaali Vantablack on hiilinanoputkilla pinnoitettu alumiinipinta.[2] Kun fotoni osuu kappaleen pintaan se joutuu putkien väliin, jossa se heijaistuu ja lopulta imeytyy kappaleeseen.[2]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 670. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  2. a b Tutkijat kehittivät mustasta vielä mustemman Tiede. Viitattu 2016-03-09.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]