Νόμος Στέφαν-Μπόλτζμαν
From Wikipedia, the free encyclopedia
Ο νόμος Στέφαν-Μπόλτζμαν, γνωστός και ως νόμος του Μπόλτζμαν, δηλώνει ότι η ολική ενέργεια που ακτινοβολείται από την μονάδα επιφάνειας ενός μελανού ή ενός φαιού σώματος (RT) και ονομάζεται φασματική εκπομπή ή αφετική ικανότητα ή φάσμα της ακτινοβολίας, είναι ευθέως ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του (T):
Το λήμμα δεν περιέχει πηγές ή αυτές που περιέχει δεν επαρκούν. |
Η αφετική ικανότητα (RT) έχει διαστάσεις πυκνότητας ισχύος (ενέργεια ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα επιφάνειας) και στο διεθνές σύστημα μονάδων SI μετριέται σε Τζάουλ ανά δευτερόλεπτο ανά τετραγωνικό μέτρο (J/s/m²), ή ισοδύναμα σε Βατ ανά τετραγωνικό μέτρο (W/m²). Η απόλυτη θερμοκρασία (T) έχει ως μονάδα στο SI το βαθμό Κέλβιν (°Κ). Ο συντελεστής εκπομπής ε είναι αδιάστατος αριθμός και για ένα μέλαν σώμα, δηλαδή ένα τέλειο εκπομπό, η τιμή του είναι ε = 1. Η σταθερά αναλογίας σ, που ονομάζεται σταθερά Στέφαν-Μπόλτζμαν ή σταθερά Στέφαν, δεν είναι θεμελιώδης εφόσον εξάγεται από γνωστές φυσικές σταθερές. Η τιμή της είναι:
όπου k η σταθερά του Μπόλτζμαν, c η ταχύτητα του φωτός στο κενό, και h η σταθερά του Πλανκ.
Ο νόμος αυτός ανακαλύφθηκε το 1879 από τον Τζόζεφ Στέφαν (Jožef Stefan) και εξήχθηκε θεωρητικά με τη βοήθεια της θερμοδυναμικής από τον Λούντβιχ Μπόλτζμαν (Ludwig Boltzmann) το 1884. Ο Μπόλτζμαν χρησιμοποίησε την ιδέα μιας ιδανικής θερμικής μηχανής που χρησιμοποιούσε φως για τη λειτουργία της αντί για κάποιο αέριο. Ο νόμος αυτός είναι έγκυρος μόνο για ιδανικά σώματα, που είναι είτε τέλειοι εκπομποί (δηλαδή μελανά σώματα), είτε ατελείς εκπομποί των οποίων όμως ο συντελεστής εκπομπής (ε) είναι ανεξάρτητος του μήκους κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (φαιά σώματα). Ο Στέφαν δημοσίευσε το νόμο αυτό σε άρθρο του στην Ακαδημία Επιστημών της Βιένης στις 20 Μαρτίου του 1879, με τίτλο "Über die Beziehung zwischen der Wärmestrahlung und der Temperatur" (Περί της σχέσεως μεταξύ θερμικής ακτινοβολίας και θερμοκρασίας).