Bức xạ của vật đen tuyệt đối –n Mui Ne Vietnam

Ứng với một nhiệt độ xác định thì vật bức xạ mạnh nhất ở vùng phổ xác định và ta thấy vật có màu của vùng phổ ấy. Ví dụ như vùng Mui Ne Vietnam

Ví dụ : từ 2000o – 3000o K : màu đỏ

4000o – 5000o K : màu vàng

Tuy nhiên, sự phân bố chính xác về năng lượng và dạng cụ thể của phổ bức xạ còn phụ

thuộc nhiều yếu tố khác (thành phần hóa học và trạng thái vật lý).

Người ta nhận thấy quang phổ ở bề mặt của các ngôi sao có tính chất giống quang phổ của vật đen tuyệt đối, vì vậy việc nghiên cứu quang phổ của vật đen tuyệt đối có ý nghĩa quan trọng trong thiên văn.

3. Bức xạ của vật đen tuyệt đối.

Vật đen tuyệt đối là một mô hình vật lý, trong đó vật bức xạ được coi là cách ly hoàn toàn khỏi môi trường xung quanh bằng những tấm cách nhiệt. Khi nhiệt độ của mọi điểm của vật trong giới hạn của tấm cách nhiệt là như nhau thì vật ở trạng thái cân bằng nhiệt. Trong

trường hợp này bức xạ của nó được xác định chỉ bởi nhiệt độ. Trong thực tế không có vật đen tuyệt đối. Nhưng lớp bề mặt của các ngôi sao được bao phủ bởi các lớp khí quyển dày không trong suốt, có thể coi như vật đen tuyệt đối.

Các định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối được nghiên cứu từ thế kỷ XIX và trình bày

đầy đủ trong các giáo trình vật lý, ở đây ta chỉ nhắc lại một số điểm.

a) Công thức Plank.

Biểu thức của hàm phổ biến f(ν,T) tức năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối:

f (n, T) =

2phn 3

c 2

1

hn

e kT - 1

(1)

Trong đó k là hằng số Boltzmann k = 1,38.10-23 J/Ko

- Hay người ta có thể viết theo bước sóng: Hàm ελ với ελ .dλ là lượng bức xạ của 1m2

bề mặt của vật theo mọi phương trong khoảng phổ có bước sóng từ λ đến λ+ dλ.

2

e dl = 2phc

l l5

1

hc

e lkT - 1

.dl

Tức hàm phổ biến ελ là:

2phc 2 1

e l =

l5 hc

e lkT - 1

(1’)

b) Từ công thức Plank ta rút ra được công thức tính công suất bức xạ toàn phần của vật

đen tuyệt đối hay công thức Stefan - Boltzmann:

e = s T4 (2)

(Xem biến đổi trong Lương Duyên Bình -Vật lý đại cương tập 3).

Vậy: Công suất bức xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn nhiệt

độ của nó.

Trong đó s - Hằng số Stefan - Boltzmann

s = 5,67.10-8w/m2. Ko4

c) Từ hàm phổ biến (1) ta có thể biểu diễn trên đồ thị các đường cong có cực đại ứng với bước sóng xác định. Lấy đạo hàm f (νT) theo ν ta có thể tìm ra bước sóng ứng với cực đại đó:

lmax T = b (3)

đó là công thức Wien, còn gọi là định luật chuyển dời: Nhiệt độ càng tăng thì cực đại của bức xạ của vật đen tuyệt đối càng dịch về phía sóng ngắn của phổ bức xạ.

Trong đó b: Hằng số Wien

b = 2,9.10-3 m. Ko (*)

có nghĩa là: Đối với vật đen tuyệt đối, bước sóng (max của chùm bức xạ đơn sắc mang nhiều năng lượng nhất tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của vật.

d) Trong công thức (1’) nếu bước sóng lớn (λ lớn) thì

hc

e lkT

» 1+

hc

lkT

Ta tìm được công thức Reyleigh-Jeans cho hàm phổ biến.

(*) Thöïc ra, ñoä Kelin kyù hieäu laø K chöù khoâng phaûi laø Ko

e = 2pc kT

l l4

(4)

Công thức này ứng dụng khi nghiên cứu đặc tính của các bức xạ vô tuyến vũ trụ.

Tóm lại: Ta có thể xác định được nhiệt độ bề mặt của các thiên thể dựa vào các công thức bức xạ của vật đen tuyệt đối (2), (3), (4), khi quan trắc được các đại lượng λmax, ε, ελ.