Kluczowa różnica – czarne ciało kontra szare ciało
Pojęcia ciało czarne, ciało białe i ciało szare są omawiane w odniesieniu do pochłaniania, emisji lub odbicia promieniowania przez różne substancje. Ciało doskonale czarne to wyidealizowane ciało fizyczne (obiekt), które może pochłaniać całe padające promieniowanie elektromagnetyczne. Ciało szare to ciało (obiekt), które emituje promieniowanie przy każdej długości fali w stałym stosunku mniejszym niż jedność do emitowanego przez ciało doskonale czarne w tych samych temperaturach. Kluczową różnicą między ciałem czarnym a szarym jest to, że czarne ciało jest idealnym ciałem fizycznym, podczas gdy szare ciało nie jest idealnym ciałem fizycznym.
Co to jest ciało czarne?
Ciało czarne to wyidealizowane ciało fizyczne (obiekt), które może pochłaniać całe padające promieniowanie elektromagnetyczne. Absorpcja ta zachodzi w odniesieniu do częstotliwości i kąta padania promieniowania. Oznacza to, że absorpcja promieniowania przez ciało doskonale czarne jest niezależna od kierunku, z którego pochodzi promieniowanie i od długości fali promieniowania. Czarne ciało jest ciałem nieodblaskowym. W przeciwieństwie do tego, ciało białe jest ciałem fizycznym (obiektem), które ma szorstką powierzchnię, która odbija całe padające promieniowanie elektromagnetyczne. Odbicie jest całkowitym i jednolitym odbiciem we wszystkich kierunkach.
Ciało czarne o stałej temperaturze może emitować zaabsorbowane promieniowanie elektromagnetyczne. Jest więc doskonałym pochłaniaczem i doskonałym emiterem. To emitowane promieniowanie jest znane jako promieniowanie ciała doskonale czarnego. Promieniowanie ciała doskonale czarnego występuje, dając określone widmo i określone natężenia w danej temperaturze.
Promieniowanie emitowane przez ciało doskonale czarne jest zgodne z prawem Plancka. Prawo Plancka mówi, że widmo ciała doskonale czarnego jest określone tylko temperaturą ciała doskonale czarnego, a nie kształtem lub składem ciała doskonale czarnego. Ciało doskonale czarne, które ma stałą temperaturę (w równowadze termicznej) ma następujące charakterystyczne właściwości.
- Ciało czarne jest idealnym emiterem – emituje promieniowanie o każdej możliwej częstotliwości, jaką może emitować ciało o tej samej temperaturze
- Ciało czarne jest emiterem rozproszonym – emituje tę samą częstotliwość w każdym kierunku (promieniowanie izotropowe).
Rysunek 01: Krzywe ciała doskonale czarnego Plancka dla różnych temperatur
Urzeczywistnienie ciała doskonale czarnego jest ucieleśnieniem koncepcji ciał czarnych w świecie rzeczywistym. Innymi słowy, realizacja ciała doskonale czarnego daje przykłady na to, że ciało doskonale czarne występuje w świecie rzeczywistym (ponieważ ciało doskonale czarne jest pojęciem idealnym). Kilka przykładów podano poniżej:
- Gwiazdki
- Planety
- Czarne dziury
Co to jest szare ciało?
Ciało szare to ciało (obiekt), które emituje promieniowanie przy każdej długości fali w stałym stosunku mniejszym niż jedność do emitowanego przez ciało doskonale czarne w tych samych temperaturach. Szare ciało to ciało fizyczne, którego chłonność powierzchni nie zmienia się wraz ze zmianami temperatury i długości fali padającego promieniowania.
W przeciwieństwie do czarnego ciała, szare ciało jest nieidealnym emiterem lub niedoskonałym grzejnikiem. Dzieje się tak dlatego, że szare ciało może wchłonąć część otrzymywanej energii, a także może odbijać część tej energii. Szare ciało emituje tylko część pochłanianego promieniowania. Szare ciało jest uważane za obiekt nieprzezroczysty.
Jakie jest podobieństwo między ciałem czarnym a szarym?
Zarówno czarne jak i szare ciało to obiekty, które mogą pochłaniać i emitować promieniowanie
Jaka jest różnica między ciałem czarnym a szarym?
Czarne ciało kontra szare ciało |
|
| Ciało czarne to wyidealizowane ciało fizyczne (obiekt), które może pochłaniać całe padające promieniowanie elektromagnetyczne | Ciało szare to ciało (obiekt), które emituje promieniowanie przy każdej długości fali w stałym stosunku mniejszym niż jedność do emitowanego przez ciało doskonale czarne w tych samych temperaturach. |
| Zasada | |
| Czarne ciało to idealne ciało fizyczne. | Szare ciało to nieidealne ciało fizyczne. |
| Wchłanianie | |
| Czarne ciało może pochłaniać całe padające promieniowanie elektromagnetyczne. | Szare ciało może część promieniowania padającego. |
| Emisja | |
| Ciało czarne może emitować promieniowanie o każdej możliwej częstotliwości, jaką może emitować ciało o tej samej temperaturze i emituje tę samą częstotliwość w każdym kierunku. | Szare ciało może emitować część zaabsorbowanego promieniowania. |
Podsumowanie – Czarne ciało kontra szare ciało
Ciało czarne jest idealnym ciałem fizycznym, które może pochłaniać całe padające promieniowanie i emitować promieniowanie w każdym możliwym kierunku izotropowo. Szare ciało to obiekt nieidealny, który może pochłaniać część padającego promieniowania i emitować tylko część promieniowania. Różnica między ciałem czarnym a szarym polega na tym, że czarne ciało jest idealnym ciałem fizycznym, podczas gdy szare ciało jest nieidealnym ciałem fizycznym.
