Номер 4, страница 42, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. Какое тело называется абсолютно черным?

4. Абсолютно черное тело — это идеализированный физический объект, который полностью поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение, независимо от частоты, поляризации и угла падения. Его поглощательная способность равна единице, а коэффициенты отражения и пропускания, соответственно, равны нулю.

Несмотря на свое название, абсолютно черное тело не обязательно выглядит черным. Оно поглощает весь свет, падающий на него, но при этом само испускает тепловое излучение. Согласно закону теплового излучения Кирхгофа, тело, которое хорошо поглощает излучение, также является и хорошим излучателем. Спектр этого излучения (называемого излучением черного тела) зависит исключительно от его температуры, а не от материала или формы.

Основные законы, описывающие излучение абсолютно черного тела:

• Закон Стефана-Больцмана: полная энергия, излучаемая с единицы площади поверхности абсолютно черного тела в единицу времени, пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. Формула имеет вид: $P = \sigma T^4$, где $\text{P}$ — полная мощность излучения на единицу площади (Вт/м²), $\text{T}$ — абсолютная температура (в Кельвинах), а $\sigma$ — постоянная Стефана-Больцмана ($\sigma \approx 5.67 \times 10^{-8}$ Вт·м⁻²·К⁻⁴).

• Закон смещения Вина: определяет, на какую длину волны приходится максимум энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Эта длина волны обратно пропорциональна абсолютной температуре: $\lambda_{max} = \frac{b}{T}$, где $\lambda_{max}$ — длина волны с максимальной интенсивностью, а $\text{b}$ — постоянная Вина ($b \approx 2.898 \times 10^{-3}$ м·К). Этот закон объясняет, почему нагретые тела меняют свой цвет от красного к бело-голубому по мере роста температуры.

• Формула Планка: описывает спектральное распределение энергии в излучении абсолютно черного тела. Именно попытка объяснить это распределение привела Макса Планка к идее квантования энергии, что положило начало квантовой механике.

В природе не существует идеальных абсолютно черных тел, однако эта модель очень полезна в физике и астрономии. Хорошим практическим приближением к абсолютно черному телу является небольшое отверстие в стенке замкнутой непрозрачной полости. Любой луч света, попавший внутрь через это отверстие, претерпевает многократные отражения от внутренних стенок и с очень высокой вероятностью поглощается, не имея возможности выйти наружу. Таким образом, само отверстие ведет себя как абсолютно черное тело.

Примерами объектов, свойства которых близки к свойствам абсолютно черного тела, являются:

• Звезды, включая наше Солнце.

• Реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва.

• Некоторые материалы, созданные человеком, например, сажа, черный бархат и высокотехнологичные покрытия, такие как Vantablack, который поглощает до 99.965% падающего света.

Ответ: Абсолютно черное тело — это физическая модель, описывающая гипотетическое тело, которое полностью поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение. Такое тело также является идеальным тепловым излучателем, спектральные характеристики которого зависят только от его температуры.