by 
Α. Πηγές φωτός
Οι πιο κοινές πηγές φωτός είναι
α) Θερμαινόμενα στερεά, π.χ. νήμα από W(βολφράμιο) λυχνίας πυρακτώσεως.
β) Αέρια με τη βοήθεια ηλεκτρικής εκκένωσης, π.χ. λυχνία με Ne(Νέον).
γ) Φωτοδίοδοι (Light Emitting Diodes – LED), που αποτελούνται από ημιαγωγούς Ga, As, In κ.λ.π.
Το εκπεμπόμενο φως το αναλύουμε με ένα φασματόμετρο μετρώντας την φασματική αφετική ικανότητα Ιλ, δηλαδή την ένταση της ακτινοβολίας ανά μονάδα μήκους κύματος.
Καλησπέρα. Να ευχαριστήσω για μία ακόμη φορά τον Ανδρέα για τις πληροφορίες που έχει παραθέσει.
Θα κρατήσω την πρόταση του Θοδωρή: “Μαζεύτηκαν πολλά και χρειάζεται μελέτη και ταξινόμηση πληροφοριών από την αρχή…”.
Ακολουθούν μερικές σκέψεις-παρατηρήσεις-ερωτήσεις ενός μαθητή.
Κε Ανδρέα, η τελευταία εικόνα που έχετε παραθέσει στη συζήτηση, δείχνει την ένταση από μία ακτινοβολούσα κοιλότητα και την ένταση από τα εξωτερικά τοιχώματα (υλικό Α), σε συνάρτηση με το μήκος κύματος. Εάν πάρουμε άλλο υλικό (υλικό Β), στην ίδια θερμοκρασία, η γραφική παράσταση που αφορά στην κοιλότητα θα είναι ίδια, η γραφική παράσταση όμως που αφορά στα εξωτερικά τοιχώματα θα είναι εν γένει διαφορετική. Σωστό;
Εντύπωση προξενεί ότι το ανθρώπινο σώμα έχει συντελεστή απορρόφησης e=0,97, δηλαδή συμπεριφέρεται σχεδόν σαν μέλαν. Ωστόσο το βλέπουμε κανονικά (και όχι επειδή βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία, άρα εκπέμπει στο ορατό).
Γιατί το μέλαν σώμα μπορεί να είναι ετερόφωτο; Το ανέφερε ο κος Διονύσης και το επανέλαβε ο κος Θοδωρής. Ετερόφωτο δεν είναι αυτό που «επιστρέφει» μέρος του φωτός που προσπίπτει σε αυτό και συνεπώς το βλέπουμε γι’ αυτόν το λόγο; Το μέλαν σώμα δεν «επιστρέφει» κάτι.
Μία κοιλότητα συμπεριφέρεται ως μέλαν σώμα. Ωστόσο, η κοιλότητα και η οπή που αντιστοιχεί σε αυτήν δεν είναι σώματα. Η ακτινοβολία που εκπέμπει η οπή δεν προέρχεται από το υλικό των τοιχωμάτων της κοιλότητας; Το ίδιο υλικό δεν έχουμε και στα εξωτερικά τοιχώματα; Τι άλλαξε λοιπόν και έχουμε διαφορετική ένταση ακτινοβολίας; Παίρνω δηλαδή ένα κομμάτι αλουμινίου, του δίνω μία με ένα σφυρί, το βαθουλώνω. Κατόπιν, το χτυπάω πάλι λίγο από εδώ, λίγο από εκεί και δημιουργώ μία κοιλότητα. Η αλλαγή αυτή αυτή στο σχήμα οδηγεί σε αλλαγή στην ένταση της ακτινοβολίας;
Καλησπέρα συνάδελφοι.
Βλέπω να προχωρήσατε πολύ την συζήτηση, απλώνοντάς την και πολύ…
Γρηγόρη, δυο- τρία πράγματα που με αφορούν:
1) Εάν πάρουμε άλλο υλικό (υλικό Β), στην ίδια θερμοκρασία, η γραφική παράσταση που αφορά στην κοιλότητα θα είναι ίδια, η γραφική παράσταση όμως που αφορά στα εξωτερικά τοιχώματα θα είναι εν γένει διαφορετική.
Η γραφική παράσταση που αφορά την κοιλότητα, αναφέρεται σε “μέλαν σώμα”, άρα είναι ίδια, ανεξάρτητα του υλικού. Η αντίστοιχη παράσταση για τα εξωτερικά τοιχώματα, που δεν είναι μέλαν σώμα, προφανώς θα εξαρτάται από τις ιδιότητες του σώματος και κυρίως από την απορροφητικότητά του, την αντανακλαστική του ικανότητα, αλλά και τον συντελεστή εκπομπής.
2) το ανθρώπινο σώμα έχει συντελεστή απορρόφησης e=0,97, δηλαδή συμπεριφέρεται σχεδόν σαν μέλαν. Ωστόσο το βλέπουμε κανονικά (και όχι επειδή βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία, άρα εκπέμπει στο ορατό).
Όχι δεν εκπέμπει Γρηγόρη στο ορατό. Ανακλά ένα μέρος του ορατού, όπως ανακλούν και όλα τα σώματα, εκτός του “μέλανος” το οποίο έχει συντελεστή απορρόφησης e=1.
Εξαιτίας αυτής της ανάκλασης βλέπουμε όλα τα σώματα γύρω μας, σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος.
3) Ετερόφωτο δεν είναι αυτό που «επιστρέφει» μέρος του φωτός που προσπίπτει σε αυτό και συνεπώς το βλέπουμε γι’ αυτόν το λόγο; Το μέλαν σώμα δεν «επιστρέφει» κάτι.
Η διάκριση σε αυτόφωτο και ετερόφωτο έγινε παραπάνω για να διακρίνουμε το φάσμα του μέλανος σώματος σε χαμηλή θερμοκρασία, όπου απορροφά τα πάντα και εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε μεγάλα μήκη κύματος (Επιστρέφει δηλαδή ακτινοβολία, απλά δεν είναι φως…). Έτσι αποβάλλει ενέργεια ίση με αυτήν που απορροφά (σε άλλα μήκη κύματος) αν διατηρεί σταθερή την θερμοκρασία του, ίση με αυτήν του περιβάλλοντος. Αυτό συμβαίνει στο σύρμα Βολφραμίου ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως, όταν δεν διαρρέεται από ρεύμα, αν το θεωρήσουμε “μέλαν σώμα”.
Όταν αντίθετα περάσει ρεύμα από το λαμπτήρα και αυξηθεί η θερμοκρασία του σύρματος στους 3.000Κ, και πάλι απορροφά x J/s από το περιβάλλον του, αλλά εκπέμπει 1.000.000x J/s εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας του. Σε αυτήν την περίπτωση μπορούμε να μιλάμε για αυτόφωτο σώμα…
Καλησπέρα Σαράντο.
“Τα κβάντα µε υψηλή συχνότητα και μικρό μήκος κύματος δεν θα είναι δυνατόν να δημιουργηθούν και να είναι παρόντα στο εκπεμπόμενο φάσμα πράγμα που η κλασσική φυσική δεν μπορούσε να ερμηνεύσει.”
Η πρόταση αυτή είναι νομίζω η απάντηση γιατί όχι με κλασσική φυσική, αν δεν θέλουμε να μπλέξουμε με τις συναρτήσεις και τα Μαθηματικά.
Το φάσμα του μέλανος σώματος, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, μπορεί να έχει μέγιστο στην περιοχή του υπέρυθρου, αλλά εκπέμπει και κάποια ενέργεια (μικρή αλλά υπαρκτή) και σε μικρότερα μήκη κύματος, άρα σε μεγαλύτερες συχνότητες, αφού το φάσμα είναι συνεχές και καλύπτει και την ορατή περιοχή και την… υπεριώδη ή και ακόμη τις ακτίνες Χ… Άλλο αν η ένταση της ακτινοβολίας δεν είναι τόση στο ορατό για να αντιλαμβανόμαστε με το μάτι την ύπαρξη φωτός.
Διονύση, καλησπέρα. Ευχαριστούμε για τις διευκρινήσεις. Σχετικά με το ανθρώπινο σώμα, είναι σαφές ότι δεν εκπέμπει στο ορατό, αλλά ανακλά μέρος του ορατού (ίσως δεν γράφτηκε καλά). Αυτό που ήθελα να διευκρινίσω είναι ότι, ενώ ο συντελεστής απορροφητικότητας είναι πολύ μεγάλος, ανακλά τόσο φως ώστε να το βλέπουμε.
Καλησπέρα Διονύση. Ναι έτσι είναι. Λόγω των πολλαπλών αλληλεπιδράσεων της ακτινοβολίας μέσα στην κοιλότητα σύμφωνα με την κλασσική ΗΜ θεωρία και την κλασική στατιστική θα έπρεπε σε μεγάλες συχνότητες και μικρά μήκη κύματος η ένταση να αυξάνεται όμως ακατάσχετα (Υπεριώδης καταστροφή των Rayleigh–Jeans) πράγμα που έρχεται σε αντίθεση με τα πειραματικά δεδομένα, τα οποία όμως είναι σε πλήρη συμφωνία με την εκτός πλαισίου της κλασικής φυσικής υπόθεση του Planck για την κβάντωση της ενέργειας της Η.Μ ακτινοβολίας Εn=nhf.
Πάντως για τις ανάγκες του συγκεκριμένου μαθήματος όπως περιγράφεται στο βιβλίο τα σημαντικότερα είναι τα παρακάτω:
Το διάγραμμα στο σχήμα 7-1 της σελίδας 227 (μετά τη διόρθωση στις θερμοκρασίες) δείχνει τη φασµατική κατανοµή της έντασης της ακτινοβολίας μέλανος σώματος σε διάφορες θερμοκρασίες. Αυτή η θερμική ακτινοβολία είναι ανεξάρτητη από τη φύση του εκπέμποντος υλικού. Το διάγραμμα υποδεικνύει ότι η ένταση της ακτινοβολίας δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλα τα μήκη κύματος. Με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει και η ένταση σε όλα τα μήκη κύματος και το μήκος κύματος αιχμής μετατοπίζεται προς μικρότερα μήκη κύματος. Το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη δείχνει τη συνολική ένταση της ακτινοβολίας που εκπέμπει το σώμα σε ορισμένη θερμοκρασία.
Καλησπέρα Θοδωρή. Η ακτινοβολία μέλανος σώματος κατά τη γνώμη μου δεν θα μπορούσε να λείπει από το πρόγραμμα σπουδών. (Οι λόγοι πολλοί και προφανείς νομίζω). Δεν είναι ανάγκη να εξαντληθεί το θέμα αλλά πράγματι ο εκπαιδευτικός πρέπει να είναι σε θέση να μη δώσει λανθασμένες απαντήσεις σε πιθανές ερωτήσεις μαθητών. Το κυρίως πιάτο (για διερευνήσεις, και ασκήσεις) της θεματικής νομίζω ότι θα είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο με βάση πάντα αυτά που καλύπτει το σχολικό βιβλίο και τις απαιτήσεις του Π.Σ.
Με εκτίμηση.
Γρηγόρη καλημέρα. Σε ευχαριστώ για τη συμμετοχή.
1)”Το μέλαν σώμα δεν «επιστρέφει» κάτι.”
Στο άρθρο γράφω.
“Το φως που εισέρχεται από το άνοιγμα αλληλεπιδρά με τα σωματίδια του υλικού του κουτιού (σχήμα 1).
Όταν ο ρυθμός απορρόφησης ενέργειας από τα τοιχώματα είναι ίσος με τον ρυθμό εκπομπής, τότε έχει επιτευχθεί θερμική ισορροπία.
Ανοίγοντας μια οπή στην κοιλότητα, μικρή ως προς τις διαστάσεις της κοιλότητας, τότε η ακτινοβολία «ισορροπίας» που διαφεύγει δεν επηρεάζει την ισορροπία και για έναν παρατηρητή η μικρή οπή εμφανίζεται ως επιφάνεια ενός μέλανος σώματος. Μια τέτοια επιφάνεια μπορεί να απορροφά και να εκπέμπει όλα τα μήκη κύματος του φάσματος (συνεχές φάσμα) της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Για τον λόγο αυτό η ακτινοβολία που εξέρχεται από την κοιλότητα ονομάζεται ακτινοβολία μέλανος σώματος”
Δηλαδή όχι μόνο επιστρέφει αλλά επιστρέφει όλα τα μήκη κύματος και μάλιστα τα υψίσυχνα κβάντα ήταν εκείνα που δεν μπορούν να εξηγηθούν κλασσικά.
2) “…η γραφική παράσταση που αφορά στην κοιλότητα θα είναι ίδια, η γραφική παράσταση όμως που αφορά στα εξωτερικά τοιχώματα θα είναι εν γένει διαφορετική. Σωστό;”
Σωστό. Μπορώ να σου δώσω και νούμερα. Ο λόγος της αφετικής ικανότητας εξωτερικής επιφάνειας προς εκείνης της κοιλότητας, σε 2000Κ και στο λmax είναι
βολφράμιο 0,259
μολυβδένιο 0,212
ταντάλιο 0,232
Καλησπέρα Ανδρέα και συγχαρητήρια για το πόνημα σου!!!
Το “έτρεξα” λίγο γρήγορα και το αποθήκευσα για μελέτη αργότερα.
Σημαντικά να θυμηθούμε αυτά που είχαμε μάθει στο Πανεπιστήμιο.
Να είσαι καλά.
καλημέρα σε όλους
άρτι αφιχθείς από εργασιοθεραπεία 15 ημερών στη ΝΑ Λακωνία και τραυματίας μάλιστα, με σοβαρό και επώδυνο χτύπημα στην πλάτη από ανάποδη πτώση από το τρίτο σκαλί αλουμινένιας σκάλας, σχήματος “Λ”, στο χωράφι, κλαδεύοντας ελιές
Πειραματικός Φυσικός, σου λέει ο άλλος, και δεν ήξερες ότι αν η κατακόρυφη που περνάει από το κέντρο βάρους ενός συστήματος δεν διέρχεται από τη βάση στήριξης το σύστημα ανατρέπεται;
εξαιρετική δουλειά, Ανδρέα, υψηλότατου επιπέδου
(όποιος θέλει ρίχνει και μια ματιά εδώ: https://ekountouris.blogspot.com/2016/12/stefan-boltzmann.html
στην πίσω πλάτη του ιστορικού Παλιού Χημείου, Σόλωνος 104, πάλευα, και μόνος, ενάμιση χρόνο, περίπου
από όσον γνωρίζω το πείραμα πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στην Ελλάδα
στην καθαρεύουσα βεβαίως-βεβαίως
δικτατορία γαρ…)
Καλημέρα Βαγγέλη και καλώς επέστρεψες από τα πατρώα εδάφη.
Να σε πειράξω λίγο;
Την παροιμία ότι ο γέρος θα πάει ή από πέσιμο… την ξέρεις; Και δεν προσέχεις; 🙂
Την εποχή που ήσουν στο φυσικό είχε… ανακαλυφθεί!!! ο νόμος του Stefan-Boltzmann; 🙂
Να είσαι καλά βρε φίλε…
καλημέρα Διονύση
ευχαριστώ για τις ευχές και ανταποδίδω
ο δε Χιουμορίστας που έχω καταπιεί σε συγχαίρει και για τις δύο “ατάκες”
πράγματι όταν γίνω γέρος, δεν το βλέπω σύντομα, λέμε και τίποτα “κουλά”, θα προσέχω όταν πέφτω από τις ελιές που κλαδεύω
και βέβαια κακώς δεν διευκρίνισα ότι εννοούσα, τότε στο Πανεπιστήμιο, τη δικτατορία του Πάγκαλου, 1925, όχι του Παπαδόπουλου, 1967, σιγά αυτή προχθές ήτανε…
ο Στρατηγός Πάγκαλος, μεγάλη φάτσα, και παππούς ενός τύπου εδώ, κάπως ογκώδους θα έλεγα, είχε μεγάλο κονέ με τους Φυσικούς Stefan και Boltzmann, φτωχαδάκια ήτανε τότε αυτοί, αδιόριστοι, κάτι λίγα ιδιαίτερα είχανε για να ζήσουν, δεν ξέρανε ότι μετά θα γίνουν διάσημοι, μέγας μπαγιαμπόντης, τα εκμεταλλεύτηκε τα ανθρωπάκια, τον αγόρασε τον νόμο έναν παρά, κονόμησε μετά πουλώντας τον στο εξωτερικό, ισχυριζόμενος ότι κάποιος Βαγγέλης Κουντούρης, Έλλην την καταγωγή, καλό λαμόγιο ήτανε και του λόγου του, τον επιβεβαίωσε, τάχα μου, πειραματικά, μαζί, λέει, με κάποιον Σόλωνα, λέει, Αρχαίον φιλόσοφο, ζούσε τότε αυτός;, ούτε βρυκόλαξ να ήτανε
΄νταξ, με το μπαρδόν κιόλας, αλλά κάπως το παράκανε ο Στρατηγός,
αλλά και το λαμόγιο που λέγαμε…
Καλημέρα συνάδελφοι. Πρόδρομε σε ευχαριστώ για το σχολιασμό. Δε βιαζόμαστε. Το καλοκαίρι είναι ακόμα εδώ, περιμένουμε και οδηγίες από το ΙΕΠ και βλέπουμε…
Βαγγέλη η εργασία που ανέβασες είναι εξαιρετική. Η θεωρία στην αρχή είναι πλήρης, για το φαινόμενο. Αλλά η γλώσσα με το πολυτονικό, φέρνει αναμνήσεις από το πόσο καλοί ήταν παλιά οι μαθητές-φοιτητές στη χρήση της και πόσο πλούσιο λεξιλόγιο είχαν…
Η τιμή της σταθεράς Boltzmann βγαίνει με μεγάλη ακρίβεια, αφού η πραγματική τιμή είναι σ = 5,67037442 ∙ 10^-8 W / m2∙K4
Να είσαι καλά!
Γεια σας Διονύση και Βαγγέλη. Καλό μεσημερι σε ολους.Τον Boltzmann ολοι τον γνωριζουν.Τον Σλοβένο Jožef Stefan ομως,
εκτος απο τον Βαγγελη που ειναι της εποχης του, ελαχιστοι τον γνωριζουν 🙂 Εγω τον γνωριζω διοτι η μαμα μου ειναι Σλοβένα και γιατι εχω δουλεψει για λιγο στο ινστιτουτο Jožef Stefan στην ljubljana οπου συνεργαζεται με τον Δημοκριτο και εκανα ΝΜR.
https://en.wikipedia.org/wiki/Josef_Stefan
Καλό μεσημέρι Κωνσταντίνε.
Χρήσιμες οι πληροφορίες που μας παραπέμπεις για τον Stefann.
Τελικά μάλλον ο πατέρας σου ήταν πολύ μπροστά… αφού άνοιξε τον δρόμο και στον Τραμπ! 🙂
Διονυση δυστυχως δεν σε καταλαβα 🙂