Zwarte straler

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Ga naar: navigatie, zoeken

In de natuurkunde is een zwarte straler of zwart lichaam (Engels: black body) een voorwerp dat al het licht dat er op valt, absorbeert (en dus niet reflecteert). Hoewel de naam anders zou doen vermoeden, zendt een zwarte straler wel degelijk licht uit. Het spectrum (de hoeveelheid licht die op een bepaalde golflengte wordt uitgezonden) van een zwarte straler is zeer karakteristiek, en slechts afhankelijk van de temperatuur van het zwarte straler.

Een zwarte straler is een 'ideale uitzender' en zendt de maximaal mogelijke hoeveelheid energie per oppervlakte-eenheid uit op elke golflengte op elke temperatuur.

Inhoud

[bewerken] Geschiedenis

De term "zwarte straler" werd geïntroduceerd door Gustav Kirchhoff in 1862. Het spectrum van een zwarte straler werd voor het eerst berekend door Max Planck in 1900, die daarvoor de veronderstelling gebruikte - aanvankelijk alleen als rekenmethode - dat elektromagnetische straling alleen in discrete hoeveelheiden (kwanta) kon worden doorgezonden. Dit is het beginpunt van de kwantummechanica.

[bewerken] Berekening

De hoeveelheid straling van een zwarte straler van temperatuur T wordt gegeven door de wet van Planck:

I(\nu) = \frac{2h\nu^3}{c^3}\frac{1}{\exp\left(\frac{h\nu}{kT}\right)-1}

met

Voor kleine waarden van \frac{h\nu}{kT} (dus bij relatief hoge temperatuur T of lage frequentie ν) geldt

\exp\left(\frac{h\nu}{kT}\right) = 1 + \frac{h\nu}{kT} + verwaarloosbare termen

zodat de formule vereenvoudigd wordt tot

I(\nu) = \frac{2\nu^2kT}{c^3}

de wet van Rayleigh-Jeans.

[bewerken] Verwante formules

Van deze formule kunnen worden afgeleid de wet van Wien, die aangeeft op welke golflengte de meeste straling wordt uitgezonden en de wet van Stefan-Boltzmann, die de totale uitgezonden straling per oppervlakte-eenheid aangeeft. Een toepassing die hiervan gebruik maakt is de pyrometer.

[bewerken] Toepassing

[bewerken] Benadering

De beste benadering van een zwarte straler in het laboratorium is een kleine opening naar een holle ruimte met een ruw, zwart, dus niet reflecterend, oppervlak.

[bewerken] Kleurtemperatuur

Met behulp van de kleurverdeling van de zwarte straling bij een bepaalde temperatuur, kan aan een kleurindruk een temperatuur worden verbonden, de kleurtemperatuur. Bijvoorbeeld daglicht bij zonsopgang heeft een kleurtemperatuur van 1850 K, dat wil zeggen dezelfde kleur als een zwarte straler van 1850 K.

[bewerken] 3K-kosmische achtergrondstraling

In de astronomie worden sterren vaak als zwarte stralers beschouwd. De kosmische achtergrondstraling heeft een spectrum dat vrijwel volmaakt met dat van een zwarte straler van 2,7 K overeenkomt.

 
Persoonlijke instellingen
Boek maken