Toolyard

Симулятор излучения абсолютно чёрного тела

Уравнения этой модели

B_λ(T) = (2 h c² ÷ λ⁵) × 1 ÷ (e^(h c ÷ λ k T) − 1)
TТемпература T (кельвины, как степень 10)температура поверхности
λдлина волнывидимый свет — примерно от 380 нм (фиолетовый) до 750 нм (красный)
h, c, kпостоянная Планка, скорость света, постоянная Больцмана6.626 × 10⁻³⁴ J·s, 2.998 × 10⁸ m/s, 1.381 × 10⁻²³ J/K
B_λспектральная энергетическая яркостьсколько света поверхность испускает на каждой длине волны; график — эта кривая
λ_max = b ÷ T
bпостоянная Вина2.898 × 10⁻³ m·K
λ_maxдлина волны максимумачем горячее, тем короче: у Солнца максимум в жёлто-зелёной области, у красного карлика — в инфракрасной, у голубого гиганта — в ультрафиолетовой

При текущих значениях:

j = σ T⁴, L = 4π R² σ T⁴
σпостоянная Стефана — Больцмана5.670 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴)
jмощность излучения с квадратного метраудвоение температуры увеличивает её в 16 раз
RРадиус (в радиусах Солнца, как степень 10)радиус Солнца — 696 000 км
Lсветимость, полная мощностьпо сравнению с 3,83 × 10²⁶ Вт у Солнца

При текущих значениях:

m c_p dT/dt = −σ A T⁴
dT/dtскорость остывания железного шарикамасса 33 г, площадь 12,6 см², c_p 450 Дж/(кг·К); он теряет тепло только излучением, поэтому быстро остывает, пока раскалён добела, и всё медленнее по мере угасания

При текущих значениях:

Как пользоваться симулятором излучения чёрного тела

  1. Выберите объект — от человеческого тела и лавы до Солнца и голубого гиганта — или задайте температуру и радиус сами. Сфера принимает цвет, который действительно имеет чёрное тело при этой температуре, рассчитанный по его спектру и функциям цветового соответствия глаза, и гаснет ниже примерно 700 K.
  2. График — кривая Планка: сколько света излучается на каждой длине волны, с полосой видимого света под осью и максимумом, отмеченным красным пунктиром. Повышайте температуру — кривая растёт колоссально, а её максимум сдвигается к более коротким волнам, из инфракрасной области через видимую в ультрафиолет.
  3. Читайте длину волны максимума по закону Вина, мощность на квадратный метр по закону Стефана — Больцмана и, для звезды, светимость в сравнении с Солнцем. Отметьте «Дать остыть излучением», чтобы смотреть, как раскалённый добела железный шар тускнеет через жёлтый, оранжевый и красный, теряя тепло.

Частые вопросы

Что такое абсолютно чёрное тело?

Идеальный объект, поглощающий весь падающий на него свет и излучающий свет только из-за своей температуры. Его спектр зависит лишь от температуры, по закону Планка. Звёзды, раскалённый металл, лава и нить лампы близки к чёрным телам; в инфракрасной области — и ваша кожа.

Почему горячие тела меняют цвет при нагреве?

Максимум спектра сдвигается к более коротким волнам с ростом температуры по закону Вина λ_max = 2,898 × 10⁻³ м·К ÷ T. Ниже примерно 700 K почти весь свет инфракрасный, и ничего видимого не светится; затем первым появляется длинноволновый красный край видимого, за ним оранжевый и жёлтый, а выше примерно 6000 K распределение по всему видимому диапазону выглядит белым, а у более горячих звёзд — голубоватым.

Почему Солнце выглядит белым, а не зелёным, если максимум его спектра на 500 нм?

Потому что спектр Солнца широкий и почти равномерно покрывает весь видимый диапазон, так что все три вида колбочек глаза возбуждаются примерно одинаково, что мы видим как белый. Максимум в зелёной области не делает цвет зелёным; зелёным был бы только узкий пучок зелёного света.

Сколько мощности излучает горячее тело?

Закон Стефана — Больцмана: j = σT⁴ ватт на квадратный метр, где σ = 5,67 × 10⁻⁸ Вт/(м²·К⁴). Удвоение температуры увеличивает мощность в шестнадцать раз. Поверхность Солнца излучает 63 МВт с квадратного метра; со всей поверхности это 3,8 × 10²⁶ Вт.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по физике

Ещё научные симуляции

Симулятор орбитСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома Бора3D-просмотр молекулСимулятор идеального газаСимулятор диффузии и осмосаПросмотр сворачивания ДНК и РНКСимулятор роста бактерийСимулятор центрифугиСимулятор кривой титрованияСимулятор скорости реакции и теории столкновенийСимулятор химического равновесия (Ле Шателье)Симулятор гальванического элемента и электролизаСимулятор кривой нагревания и фазовых переходов3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор буферовСимулятор хроматографииСимулятор спектрофотометра и закона Бугера — Ламберта — Бера3D-просмотр кристаллических решётокСимулятор ферментативной кинетикиСимулятор потенциала действияСимулятор ПЦРСимулятор естественного отбора и популяционной генетикиСимулятор сердца и сердечного циклаСимулятор гель-электрофорезаСимулятор митоза и мейозаСимулятор синтеза белка: транскрипция и трансляцияСимулятор фотосинтеза и лимитирующих факторовСимулятор популяций хищников и жертвСимулятор распространения эпидемии: SIR и SEIRСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — РасселаСимулятор доски ГальтонаСимулятор рядов Фурье

Похожие калькуляторы и инструменты

Похожие симуляции

Руководства