Reja Issiqlik nurlanishi haqida

2-rasm


Absolyut qora jism

Har qanday jism o‘ziga tushayotgan nurlanishning bir qismini yutsa qolgan qismini qaytaradi. Jismlarning bir -biridan farqi shundaki, ba’zi jismlar tushgan nurlanishning ko‘proq qismini yutsa, boshqa jismlar kamroq qismini yutadi. Shuning uchun birinchi xil jismlarni ikkinchilariga nisbatan qoraroq deyish mumkin bo‘ladi. Barcha real jismlarning nur yutish qobiliyati 1 dan kichik. Masalan, spektrning ko‘rinadigan qismi uchun alyuminiyning nur yutish qobiliyati 0.1, mis uchun 0.5, suv uchun 0.67 ga tengdir. Jism o‘ziga tushayotgan nurlanishning ko‘proq qismini qaytarsa, bunday jismlar qoraroq jismlar hisoblanadi. Bunday jismning nur yutish qobiliyatining qiymati birga yaqin bo‘ladi. Tushayotgan nurlanishning ko‘proq qismini qaytaradigan jism kul rang jismlar hisoblanadi, bunday jismlarning nur yutish qobiliyatining qiymati birdan kichik qiymatga teng (A<1). Tushayotgan nurlanishni to‘liq ravishda yutadigan jism qora jism hisoblanadi, bunday jismning to‘la nur yutish qobiliyatining qiymati birga teng (A=1). Tushayotgan nurlanishni to‘liq ravishda qaytaradigan jism oq jism deyiladi.

Nemis olimi G.R.Kirxgof umumiy termodinamika tasavvurlarga asoslanib, issiqlik nurlanishining spektrini tushuntirishni oddiylashtirish maqsadida ideallashtirilgan nazariy tushuncha “Absolyut qora jism” tushunchasini taklif qildi. Istalgan to‘lqin uzunlikda va temperaturada o‘ziga tushayotgan nurlanish energiyasini to‘liq yutadigan jism absolyut qora jism deyiladi. Bunday jismning nur yutish qobiliyati barcha alohida to‘lqin uzunliklar uchun bir xil bo‘lib, uning qiymati birga teng (A=1).

Lekin tabiatda absolyut qora jism ham, oq jism ham yo‘q. Tabiatda xossasi absolyut qora jism xossasiga yaqin bo‘lgan qora jism bu – qora kuyadir. Qora kuyaning ko‘zga ko‘rinadigan yorug‘lik (=(0,40-0,75) mkm) sohasida nur yutish qobiliyati 0,99 ga yaqin. Lekin qora kuya infraqizil nurlarni kamroq yutadi. Absolyut qora jism issiqlik nurlanishini tarqatuvchi eng effektiv jismdir. Absolyut qora jism tushunchasining ishlatilishi issiqlik nurlanishining nurlanayotgan qattiq jismning xususiyatlariga bog‘liq emasligini ko‘rsatadi. Boshqa jismlardan farq qilish uchun absolyut qora jismning nur yutish qobiliyati A_T nur chiqarish qobiliyati E_T bilan belgilanadi.

A malda absolyut qora jism issiqlik nurlanishini hosil qilishda o‘zining xususiyati bilan absolyut qora jismga yaqin bo‘lgan modeldan foydalaniladi. Bunday model juda kichik tirqishga ega bo‘lgan berk kovak idishdan iborat qurilmadir. Kovak idishning ichki

sirti qoraga bo‘yalgan (1.2-rasm). Kovak idish devoridagi kichik tirqish absolyut qora jismning amaldagi modeli sifatida qaraladi. Kovak idish tirqishidan idish ichiga kirib qolgan nurlanish idishning ichki devorlaridan ko‘p marta qaytadi. Har bir qaytish jarayonida nur energiyasining ma’lum bir qismi idish devorlarida yutila boradi va amalda to‘liq yutiladi. Absolyut qora jism tushgan nurlanish energiyasini to‘liq yutishi bilan birga o‘zi ham nurlanadi. Past temperaturada tirqish qoradek ko‘rinadi. Idish ichkarisi yuqori temperaturagacha qizdirilsa, tirqish sirti oydinlashib yorug‘lanadi va nurlana boshlaydi. Tirqish sirti absolyut qora jism sifatida qaraladi. Tirqishdan chiqayotgan nurlanish muvozanatli issiqlik nurlanishidir. Tirqishdan chiqayotgan energiya absolyut qora jism nurlanishi energiyasiga yaqindir.

Amalda absolyut qora jismga ko‘z qorachig‘i, Marten pechlarining ichidagi olovni kuzatadigan tirqish misol bo‘ladi.

Klassik tasavvurlarga asosan kovak idish ichki devorlari materialining atomlari klassik ossillyatorlar to‘plami sifatida modellashtiriladi, ossillyatorlar kovak idish ichidagi (bo‘shlig‘ida) nurlanish bilan energiya almashadi. Muvozanat sharoitida idish ichidagi nurlanish turg‘un to‘lqinlar to‘plami sifatida qaraladi. U vaqtda absolyut qora jismning nurlanishi ossillyator tebranishi natijasi deb tushuniladi. Kovak idish ichidagi turg‘un to‘lqinlarning har biri tebranish modasi deyiladi. Modalar soni esa tebranishlarning erkinlik darajasi soniga teng bo‘lib, ular idish ichidagi nurlanishni hosil qiladi. Bir erkinlik darajasiga to‘g‘ri keladigan nurlanishning o‘rtacha energiyasi E bo‘lsa, u vaqtda kovak idish ichidagi

(bo‘shlig‘idagi) nurlanish energiyasining zichligi quyidagi formula orqali aniqlanadi:

	8 ^2
 (T ) =		× E
	c3

formuladan ko‘rinadiki, muvozanatli nurlanish energiyasining spektr bo‘yicha taqsimlanishini topish uchun bir erkinlik darajasiga to‘g‘ri keladigan nurlanishning o‘rtacha energiyasi – E ni aniqlash kerak bo‘ladi. (1.1) formula qulaylik uchun chastota orqali yozilgan bo‘lib, bu formulani to‘lqin uzunlik λ orqali ham ifodalash mumkin. Qizigan jismlar turli to‘lqin uzunliklariga ega bo‘lgan elektromagnit nurlanishlar taratadi. Biz biror jism haqida "qip-qizarib qizib ketibdi" deganimizda, shu narsa oydinlashadiki, mazkur jismning harorati, uning issiqlik nurlanishi spektrning ko‘zga ko‘rinadigan qismida sodir bo‘ladigan darajada baland ekan. Jarayonga atomlar miqyosida nazar tashlasak, nurlanish bu - qo‘zg‘atilgan atomlar tomonidan fotonlarning uchirib chiqarilishi natijasi ekanligini ko‘rgamiz. Issiqlik nurlanishi energiyasining jism harorati bilan bog‘liqligini ifodalovchi fizika qonuni avvaliga amaliy tajriba natijalari asosida, Avstriyalik fizik Yozef Stefan tomonidan qayd qilingan bo‘lib, ushbu ilmiy qonunning nazariy asoslanishini esa, Stefanning yurtdoshi va shogirdlaridan biri - Lyudvig Bolsman tomonidan amalga oshirilgan.
Ushbu qonunning amalda qanday bajarilishini tasavvur qilish uchun, shunday narsani faraz qilamiz: Quyoshning qa'rida nur taratayotgan atomni tasavvur qiling. Uning taratgan nurini boshqa bir atom yutadi va u ham o‘z navbatida qayta nurlantiradi. Shu tarzda nur atomdan atomga uzatilib, zanjir tarzida tarqatiladi va shu sababli ham butun yalpi sistema umumiy energetik muvozanatni saqlab turadi. Muvozanat holatida, muayyan bir aniq chastotadagi yorug‘lik nurini bir atom biror joyda yutsa, huddi shu chastotadagi aynan shunday yorug‘lik nurini boshqa bir atom boshqa bir joyda nurlatadi. Natijada, spektrning har bir to‘lqin uzunligiga tegishli yorug‘lik nurlari intensivligi o‘zgarmasdan saqlanadi.
Quyosh ichakrisidagi harorat, uning markazidan uzoqlashgan sari pastlab boradi. Shu sababli ham, Quyosh sirtiga tomon harakatlanar ekan, yorug‘lik nurlanishining spektri atrof muhit haroratiga nisbatan balandroq haroratga ega darajalarga intilib-muvofiqlashib boradi. Natijada, Stefan-Bolsman qonuniga binoan, endilikda Quyosh sirtiga kelib qolgan yorug‘lik nurlanishi, nisbatan past energiya hamda, chastotlarda chiqa boshlaydi. Lekin, ayni damda, energiyaning saqlanish qonuniga muvofiq, ushbu yorug‘lik nurlanishi ko‘p sondagi fotonlarning uchib chiqishiga xizmat qila boshlaydi. Shu tarzda, mazkur fotonlarning Quyosh sirtiga yetib kelgan paytidagi spektral taqsimoti, Quyosh qa'ri markazining haroratiga (≈15000000 K) emas, balki, Quyosh sirtining haroratiga (taxminan ≈5800 K yoki, ≈6000 °C) muvofiq keladi.
Quyosh sirtiga kelib tushgan energiya (yoki, istalgan qizigan obyektning sirtiga yetib kelgan energiya) undan nurlanish ko‘rinishida chiqib ketadi. Stefan-Bolsman qonuni esa, aynan ushbu nurlatilgan energiyaning qiymati qandayligini aniqlab beradi. Ushbu zakon quyidagi ixcham formula orqali ifodalanadi: