Bahasa MelayuMS⌄
Sinaran jasad hitam
Jasad hitam ialah model ideal yang menyerap semua sinaran elektromagnet yang mengenainya dan memancarkan spektrum terma yang bentuknya bergantung hanya pada suhu. Spektrum itu berterusan, bukannya satu warna atau satu panjang gelombang. Apabila suhu meningkat, jumlah pancaran bertambah dengan kuat dan puncak spektrum bergerak ke panjang gelombang yang lebih pendek.
Jasad hitam ialah model penyerapan dan pancaran
Objek yang dicat hitam tidak semestinya jasad hitam ideal. Anggaran fizikal yang baik ialah rongga dengan bukaan kecil: sinaran yang masuk melalui bukaan mengalami banyak pantulan dan sangat berkemungkinan diserap. Pada keseimbangan terma, sinaran yang keluar daripada bukaan menghampiri spektrum jasad hitam pada suhu dinding rongga. Perkataan hitam merujuk kepada penyerapan ideal, bukan warna yang dilihat apabila objek itu panas.
Suhu membentuk semula seluruh spektrum
Pada setiap suhu terhingga, jasad hitam memancar merentasi julat panjang gelombang yang luas. Menaikkan T menjadikan lengkung lebih tinggi dan mengalihkan puncaknya ke panjang gelombang lebih pendek. Sebab itu objek panas berubah daripada pijar merah malap kepada rupa yang lebih putih dan terang. Kedudukan puncak juga bergantung pada sama ada spektrum diplot per unit panjang gelombang atau per unit frekuensi.
Hukum sesaran Wien menentukan kedudukan puncak
Bagi spektrum per unit panjang gelombang, hukum Wien memberikan λmax T = b dengan b≈2.898×10⁻³ m·K. Jika suhu mutlak digandakan, panjang gelombang puncak menjadi separuh. Hukum ini tidak bermaksud objek memancar hanya pada λmax; ia menerangkan lokasi maksimum dalam taburan yang luas dan berterusan.
Kalkulator jasad hitam
Masukkan suhu mutlak untuk mengira λmax dan kuasa relatif berbanding 3000 K.
Hukum Stefan–Boltzmann menentukan kuasa jumlah
Kuasa jumlah yang dipancarkan per unit luas oleh jasad hitam ialah P/A = σT⁴. Oleh itu perubahan suhu yang sederhana boleh menghasilkan perubahan kuasa yang besar. Menggandakan suhu mutlak meningkatkan kuasa per luas sebanyak faktor 16. Bagi objek sebenar, emisiviti ε boleh dimasukkan sebagai P/A = εσT⁴.
Mengapa spektrum memerlukan idea kuantum
Teori klasik gagal pada panjang gelombang pendek dan menghasilkan apa yang dikenali sebagai malapetaka ultraungu. Planck menyelesaikan masalah ini dengan menganggap pertukaran tenaga berlaku dalam kuanta E=hf. Kejayaan spektrum Planck menjadi salah satu langkah asas kepada fizik kuantum dan menunjukkan bahawa bentuk spektrum terma mengandungi maklumat mendalam tentang cara tenaga dipertukarkan.
Contoh terselesai
1. Puncak Matahari secara anggaran
Penyelesaian
Pada T≈5800 K, λmax≈2.898×10⁻³/5800≈5.0×10⁻⁷ m, kira-kira 500 nm dalam julat cahaya tampak.
2. Menggandakan suhu
Penyelesaian
Jika T meningkat daripada 1000 K kepada 2000 K, λmax menjadi separuh manakala kuasa per luas meningkat dengan faktor (2)⁴=16.
3. Membandingkan kuasa
Penyelesaian
Dua jasad hitam dengan luas sama pada 300 K dan 600 K mempunyai nisbah kuasa (600/300)⁴=16.