Το κουτί με την οπή
Θερμαίνω ένα άδειο μεταλλικό κουτάκι με οπή, όχι σε πολύ
υψηλή θερμοκρασία. Δια γυμνού οφθαλμού βλέπω την οπή μαύρη καθώς το φως από το
δωμάτιο που εισέρχεται στο εσωτερικό του κουτιού εγκλωβίζεται και με διαδοχικές
ανακλάσεις απορροφάται πλήρως από τα τοιχώματα ώστε να μην απομένει τίποτα για
να δω. Το εσωτερικό του κουτιού λειτουργεί ως ιδανικός απορροφητής
ακτινοβολίας. Όμως,
με την αύξηση της θερμοκρασίας του εσωτερικού -λόγω ήπιας θέρμανσης- οι
ταλαντώσεις των ατόμων, οι αποδιεγέρσεις των ηλεκτρονίων κλπ παράγουν πλούσιο υπέρυθρο
φως μέρος του οποίου βρίσκει διέξοδο στην οπή. Αυτό το φως το βλέπει μια θερμοκάμερα . Που
δείχνει τώρα την μαύρη -στα μάτια μου- οπή ως το πιο φωτεινό/θερμό σημείο του
κουτιού. Βέβαια ,δεν είναι θερμότερο το εσωτερικό από το εξωτερικό του κουτιού αλλά
έτσι φαίνεται στη θερμοκάμερα. (Γι αυτό , αν κάποιος θέλει να μετρήσει τη
θερμοκρασία ενός αντικειμένου καλύτερα να στοχεύει σε σκούρα σημεία). Εδώ, το εσωτερικό του κουτιού λειτουργεί ως ιδανικός εκπομπός ακτινοβολίας και η οπή
είναι η «πόρτα» για να το αντιληφθούμε. Η οπή είναι το μέλαν σώμα, η «μαύρη
τρύπα» για το εισερχόμενο φως και η «έξοδος κινδύνου» για το εξερχόμενο.
Ομως Κατερίνα , παρότι μου εχεις δείξει το πείραμα και το θεωρώ πολυ ωραίο παραδειγμα του οτι το ιδανικό μέλαν σωμα όπως η οπή στο κουτί είναι και ο πιο ισχυρός εκπομπός ακτινοβολίας σε σχεση με ατελη μελανα σώματα της ιδιας θερμοκρασίας (οπως τα τοιχώματα του ίδιου κουτιού) δεν καταλαβαίνω το λευκό τετράγωνο στη δεύτερη φωτογραφία σου σε τι αντιστοιχει. Και σου γραφω εδω την απορία μου γιατι υποθέτω οτι δεν είμαι ο μόνος που διερωτάται το ίδιο πράγμα. Μπορεί η απάντηση να είναι πολύ απλή αλλα εγώ - με τη μηδενική εμπειρία μου απο εργαστήριο και πειράματα- δεν την βλέπω.
ΑπάντησηΔιαγραφήΣωστά. Καταρχάς, ότι φαίνεται στην εικόνα της θερμοκάμερας είναι από την πάνω επιφάνεια του άδειου κουτιού που έχει ελαφρώς θερμανθεί. Αυτό που μοιάζει με ..p τροχιακό είναι το άνοιγμα που έχει δημιουργηθεί αφού έχω αφαιρέσει το μεταλλικό καπάκι του κουτιού. Στη δεξιά πλευρά της οθόνης υπάρχει μια κατακόρυφη μπάρα σαν παλέτα χρωμάτων που δηλώνει χρωματικά τη θερμοκρασία. Κατά φθίνουσα σειρά, η θ ξεκινά από υπόλευκο/υποκίτρινο (η πιο υψηλή θ), μετά κίτρινο, πορτοκαλί, ροζ/μωβ και τέλος ανοιχτό ροζ/μωβ (η πιο χαμηλή θ).
ΔιαγραφήΛοιπόν…Αν μεγενθύνετε τη φωτογραφία, η οπή φαίνεται κίτρινη και «έχει» την πιο υψηλή θ (59,7°C). Τα όρια οπής-μετάλλου φαίνονται πορτοκαλί με «ενδιάμεση» θ (50,8°C) ενώ όλη η υπόλοιπη μεταλλική επιφάνεια του κουτιού γύρω-γύρω φαίνεται με ένα πολύ ανοιχτό ροζ και «έχει» την πιο χαμηλή θ (39,4°C). Την κάθε θ την παίρνει από τα σημεία που βρίσκονται σε κάτι μικρά τετραγωνάκια, ένα κόκκινο μέσα στην οπή , ένα μαύρο στα όρια οπής-μετάλλου και ένα γαλάζιο πάνω στο μέταλλο. Αυτό που εσείς βλέπετε λευκό, δεν είναι, είναι ένα πολύ ανοιχτό ροζ που αντιστοιχεί στη μικρότερη θ.
Εν τω μεταξύ, ενώ το κάθε χρώμα δηλώνει θερμοκρασία, η ένταση του δεδομένου χρώματος δηλώνει ένταση ακτινοβολίας (φωτόνια). Το εσωτερικό λοιπόν του κουτιού είναι το μέλαν (ή έστω το φαιό) σώμα και η οπή η «φάτσα» του.
(Θα μπορούσα να είχα τραβήξει καλύτερη φωτο με το κινητό και τη θερμοκάμερα αλλά έχω -ευτυχώς- 2 χέρια..).
Πώς ακριβώς έγινε η θέρμανση; Με γκαζάκι στο κάτω μέρος;
ΔιαγραφήΓιάννη, το έβαλα λίγο πάνω στην ξυλόσομπα....Πήρα φωτογραφίες και από αυτήν, και με φως δωματίου και με θερμοκάμερα όπου η αλουμινοταινία φαίνεται πιο "κρύα" από τον μαύρο μεταλλικό σωλήνα ο οποίος έχει μεγάλο συντελεστή εκπομπής/απορρόφησης και προσομοιάζει καλύτερα ένα μέλαν σώμα (e=1).
ΔιαγραφήΦαντάζομαι ότι αν μπορούσαμε να πάρουμε ξεχωριστά την κατανομή της έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος για τις 2 περιοχές , αυτές θα είχαν ίδιο σχήμα, ίδια στατιστική κατανομή , ίδιο λmax (άρα και ίδια θ) και απλά η καμπύλη του πιο "θερμού" θα ήταν "χαμηλωμένη" ως προς τις μέγιστες τιμές.
[img]https://i.postimg.cc/FzDrVwSg/x1.jpg[/img]
[img]https://i.postimg.cc/SsH3FdhS/x2.jpg[/img]
..του πιο "ψυχρού" ..(στην τελευταία φράση)
ΑπάντησηΔιαγραφήΑυτό το σχόλιο αφαιρέθηκε από τον συντάκτη.
ΑπάντησηΔιαγραφήΣτην περίπτωση του κουτιού με την οπή, υπέρυθρη ακτινοβολία θα έβγαινε ακόμα και με κλειστό φως στο δωμάτιο, ακόμα και χωρίς θέρμανση του κουτιού. Μόνο και μόνο γιατί το κουτί βρίσκεται ήδη σε κάποια θερμοκρασία. Αν ανοίξω το φως , ότι φως εισέλθει θα θερμοποιηθεί και θα ενισχύσει την εξερχόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία. Και αν μετά θερμάνω το κουτί , η θερμότητα θα απορροφηθεί και η υπέρυθρη ακτινοβολία θα ενισχυθεί εκ νέου. Σε κάθε βήμα , το εσωτερικό του κουτιού θερμαίνεται (λιγότερο ή περισσότερο) και η καμπύλη της φασματικής κατανομής μετατοπίζεται προς μικρότερα λ και ψηλώνει (πάντα στην περιοχή του υπέρυθρου για τέτοιου μεγέθους θερμοκρασίες). Μέχρι τη θερμική ισορροπία. Δεν έχει σημασία δηλαδή η αιτία της αύξησης της θερμοκρασίας, αρκεί αυτή με κάποιον τρόπο να επιτευχθεί προκειμένου το εσωτερικό να ακτινοβολεί εξαιτίας της θερμοκρασίας που απέκτησε. Στον κύριο ορισμό που δίνει το βιβλίο , δεν αναφέρεται πουθενά η εκπομπή ακτινοβολίας. Διαβάζει κανείς τον ορισμό και νομίζει ότι με όλη αυτήν την απορρόφηση ακτινοβολίας το σώμα θα ..σκάσει!
ΑπάντησηΔιαγραφή