Absoluutselt must keha

Absoluutselt must keha ehk mustkiirgur on selline idealiseeritud keha, mis neelab kogu talle pealelangeva valguse (st valgus üldse ei peegeldu sellise objekti pinnalt).

Väike avaus mustade seintega õõnsuses käitub ligilähdaselt kui absoluutselt must keha

Kuigi ükski materjal ei käitu absoluutselt musta keha taoliselt, on võimalik implementeerida objekt, mille omadused on kuitahes lähedased absoluutselt musta keha omadele. Selliseks objektiks on tumedate (nt tahmatud) siseseintega õõnsus, mille seina on tehtud hästi väike avaus. Välisele vaatlejale tundub auk absoluutselt mustana, sest läbi avause õõnsusse sattunud valguskiir peegeldub mitmeid kordi õõnsuse siseseintel enne kui pääseb uuesti läbi avause välja ja seega neeldub praktiliselt täielikult (muuseas, samal põhjusel näib toa sisemus päikesepaistelisel päeval kaugelt läbi avatud akna vaadatuna mustana). Kuna avaus on hästi väike, siis õõnsuse sisemuses olev kiirgus on praktiliselt tasakaalus seintega (mida hoitakse fikseeritud temperatuuril). Seega avaus kiirgab välja tasakaalulise spektriga kiirgust (nagu absoluutselt must keha).

Absoluutselt musta keha kiirguse spekter (ühikulise pindala kohta). Näidatud on ka nähtava spektraalpiirkonna piirid

Absoluutselt musta keha kiirgus

 Pikemalt artiklis Musta keha kiirgus

Absoluutselt musta keha kiirguse spekter (temperatuuril T) on antud Plancki kiirgusseadusega:

$I(\lambda ,T)={\frac {2\pi hc^{2}}{\lambda ^{5}}}{\frac {1}{e^{hc/\lambda kT}-1}}$,

kus I on kiirguse intensiivsus (W) ühikulise pindala (m²) ja ühikulise lainepikkuse intervalli (nm) kohta, $\lambda$ on lainepikkus, h on Plancki konstant, c on valguse kiirus vaakumis ja k on Boltzmanni konstant. Integreerides üle kõigi lainepikkuste, saadakse summaarne kiirguse võimsus:

$\int _{0}^{\infty }I(\lambda ,T)d\lambda \propto T^{4}$.

Seda nimetatakse Stefani-Boltzmanni seaduseks (võrdeteguri väärtuseks tuleb $\sigma =5,\!67\times 10^{-8}\,{\text{W}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{K}}^{-4}$, mida nimetatakse Stefani-Boltzmanni konstandiks). Seega kiirguse intensiivsus kasvab väga kiiresti temperatuuri tõustes. Kiirguse maksimum asub lainepikkusel, mis on arvutatav Wieni nihkeseadusega:

$\lambda _{\text{max}}T={\text{Const}}\approx 2898\,\mu {\text{m}}\cdot {\text{K}}$.

See näitab, et temperatuuri tõustes nihkub spektri maksimum lühemate lainepikkuste poole. Vastavalt muutub ka kiirguse värvitoon.

Soojuskiirguse värvitoon sõltuvalt temperatuurist

Seos reaalsete kehadega

Reaalsed kehad emiteerivad kiirgust vähem kui sama temperatuuriga absoluutselt must keha, vastavat koefitsienti nimetatakse keha kiirgamisvõimeks ja tähistatakse $\varepsilon$. Seega $0<\varepsilon <1$. Vastavalt Kirchhoffi seadusele on see võrdne keha neelamisvõimega. Kui $\varepsilon ={\text{Const}}$ (ei sõltu lainepikkusest), nimetatakse keha halliks (neelab ühtemoodi igasugusel lainepikkusel).

Enamuse tahkete kehade ning kõrgele rõhule ja temperatuurile viidud gaaside soojuskiirgus on spektraalkoostiselt siiski üsna lähedane absoluutselt musta keha omale. See võimaldab kiirguse spektri järgi hinnata keha temperatuuri. Sellisel viisil määratud temperatuuri nimetatakse värvustemperatuuriks.

Vaata ka

• Albeedo