Ciało doskonale czarne

Promieniowanie ciała czarnego

Ciało czarne jest to obiekt, który pochłania całe padające na niego promieniowanie niezależnie od długości fali. Pozornie niewłaściwa nazwa "ciało czarne" użyta w stosunku do obiektu emitującego promieniowanie jest wyjaśniona przez prawo Kirchoffa, które mówi, że ciało, które zdolne jest do absorpcji całego promieniowania o dowolnej długości fali jest także zdolne do emitowania tego promieniowania. Zasada konstrukcji ciała czarnego jest bardzo prosta. Charakterystyki promieniowania izotermicznej wnęki wykonanej z nieprzeźroczystego pochłaniającego materiału niemal dokładnie odwzorowują właściwości ciała czarnego.

Praktyczne rozwiązanie konstrukcji idealnego absorbera składa się z obudowy nie przepuszczającej światła, za wyjątkiem otworu w jednym z jego boków. Jakiekolwiek promieniowanie, które wpada do otworu jest rozpraszane i pochłaniane w czasie kolejnych odbić tak, że jedynie niewielka jego część może wydostać się z powrotem. Współczynnik pochłaniania, apertury otworu jest niemal równy współczynnikowi pochłaniania ciała czarnego i prawie jednakowy dla wszystkich długości fal. Przez wyposażenie takiej izotermicznej wnęki w grzejnik otrzymuje się tzw. "radiator wnękowy". Izotermiczna wnęka ogrzewana przez grzejnik do jednolitej temperatury emituje promieniowanie ciała czarnego, którego charakterystyka zależy jedynie od temperatury wnęki. Takie wnęki są powszechnie wykorzystywane jako źródła promieniowania temperatury odniesienia w laboratoriach, do kalibracji przyrządów termograficznych, takich jak kamery serii ThermaCAM™ .

Jeżeli temperatura ciała czarnego wzrasta powyżej 525 st. C, źródło to staje się widzialne dla oka. Jest to temperatura barwy czerwonej, która z dalszym wzrostem temperatury przechodzi w pomarańczową lub żółtą. Definicja tzw. "temperatury barwowej" ciała mówi, że jest to temperatura, do której powinno być rozgrzane ciało czarne, aby miało taki sam wygląd co dane ciało. Podamy teraz trzy wyrażenia opisujące promieniowanie emitowane z ciała czarnego.

Współczynnik emisyjności

W przyrodzie zazwyczaj nie spotykamy ciał doskonale czarnych. W celu porównania promieniowania ciała doskonale czarnego z promieniowaniem ciał rzeczywistych spotykanych w przyrodzie, wprowadzono pojęcie współczynnika emisyjności, czyli wielkości określającej ile razy promieniowanie ciała rzeczywistego jest mniejsze od promieniowania ciała doskonale czarnego.
W najogólniejszej formie współczynnik emisyjności możemy określić jako:

ε = E/E₀

gdzie:

ε - współczynnik emisyjności
E - całkowita emitancja ciała szarego (ciała rzeczywistego)
E₀ - całkowita emitancja ciała doskonale czarnego