Закон Стефана-Больцмана пов’язаний з тепловими явищами і процесами випромінювання у фізиці. Згідно з цим законом випромінювач, який представляє собою абсолютно чорне тіло, що випромінює енергію у вигляді електромагнітного випромінювання, пропорційна четвертій степені абсолютної температури, за одну секунду з одиниці площі своїй поверхні.
Поняття про чорному тілі
Перш ніж описувати закону випромінювання Стефана-Больцмана, слід розібратися в питанні про те, що являє собою чорне тіло. Чорне тіло є теоретичним об’єктом, який здатний поглинати абсолютно всю електромагнітну енергію, яка падає на нього. Тобто електромагнітне випромінювання не проходить через чорне тіло і не відбивається від нього. Не слід плутати чорне тіло з темною матерією в космосі, оскільки чорне тіло здатне випромінювати електромагнітну енергію. Концепція чорного тіла введено у фізику для спрощення вивчення процесів випромінювання реальних тел. Сам термін “чорне тіло” був введений Густавом Кирхгофом в 1862 році.
Випромінювання тіл
Кожне реальне тіло випромінює енергію у вигляді електромагнітних хвиль в навколишній простір. При цьому відповідно до закону Стефана-Больцмана це випромінювання буде тим інтенсивніше, чим вище температура тіла. Якщо тіло має невисоку температуру, наприклад температуру навколишнього середовища, то випромінювана ним енергія невелика і більша її частина випускається у вигляді довгих електромагнітних хвиль (інфрачервоне випромінювання). Збільшення температури тіла призводить не тільки до збільшення кількості випромінюваної енергії, але і до зміщення спектру випромінювання в область більш високих частот. Саме тому колір тіла змінюється при його нагріванні. Кількість енергії, яку випромінює тіло, нагріте до деякої конкретної температури в певному вузькому інтервалі частот, описується законом Планка.
Кількість і спектр випромінюваної електромагнітної енергії залежать не тільки від температури тіла, але і від природи випромінюючої поверхні. Так, матова або чорна поверхня володіє більшою випромінювальну здатність, ніж світла або блискуча. Це означає, що кількість енергії, яку випромінює розпечена карбонова нитка, більше, ніж, наприклад, нитка з платини, нагріта до тієї ж температури. Закон Кірхгофа встановлює, що якщо тіло добре випромінює енергію, значить, воно і добре поглинати її. Таким чином, тіла чорного кольору є гарними поглиначами електромагнітного випромінювання.
