Почему нагретые тела светятся? В серии своих постов про разные лампы я рассказывал о том, что в лампах накаливания вольфрамовая нить нагревается до высоких температур и начинает светиться желтым или белым светом. Давайте разберемся, почему так происходит. Если вы прочитали здесь много постов, то уже, наверное, знаете, что твердые тела, в частности, металлы имеют кристаллическую решетку, в узлах которой находятся положительно заряженные ионы, а в свободном пространстве кристалла находится электронный газ. Нагрев происходит за счет увеличения кинетической энергии этих ионов в узлах, когда они колеблются вокруг своего положения. Энергия таких колебаний выходит наружу в виде электромагнитного излучения. Ведь, мы знаем еще из истории с атомом водорода Нильса Бора, что ускоренно или замедленно двигающиеся заряженные частицы испускают электромагнитные волны. Энергия колебаний и, соответственно, испущенных волн пропорциональна температуре, поэтому тела при комнатной температуре или чуть выше (например, батареи в квартире) излучают в инфракрасном диапазоне. По мере нагрева до более высоких температур, энергия колебаний атомов увеличивается, а, значит, уменьшается длина волны испускаемых волн, и в какой-то момент попадает в видимый спектр. Так при температурах более 600 градусов тела начинают светиться сначала красным, потом оранжевым, затем желтым, а в конце белым светом. И тут вы можете спросить: почему при высокой температуре цвет белый, а не зеленый, синий или фиолетовый? Дело в том, что спектр излучения тел непрерывный и расплывчатый, т.е. при определенной температуре излучаются волны многих длин волн с максимумом в определенном цвете. И часто получается так, что при смещении максимума, например, в желтую и зеленую сторону, красные и оранжевые волны все еще остаются на достаточно высоком уровне. При смещении в синюю и фиолетовую область красный и желтый продолжают немного присутствовать. Добавим к этому тот факт, что наш глаз хуже воспринимает синий и фиолетовый цвета, и получаем наложение всех длин волн видимого спектра и, как следствие, белый свет. Иногда при очень высоких температурах можно немного разглядеть голубоватое свечение, но при таких температурах интенсивность излучения настолько большая, что лучше на него не смотреть. Теперь давайте немного пройдемся по законам для общего развития и пополнения коллекции фамилий ученых. Описанное выше смещение длины волны максимальной интенсивности в сторону коротких длин волн называется законом смещения Вина. Более того, максимальная интенсивность при этом смещении увеличивается по закону четвертой степени. Это называется законом Рэлея-Джинса. Т.е. при уменьшении длины волны с красного цвета до фиолетового интенсивность растет примерно в 10 раз. Вообще тепловое излучение любит четвертую степень, у нас она встречалась в рассказе о Рэлеевском рассеянии света от носа оленя Рудольфа, который я выкладывал на Рождество. Такой существенный рост интенсивности при небольшом изменении длины волны, во-первых, расходился с экспериментом, а, во-вторых, при дальнейшем ее уменьшении и переходе в ультрафиолетовую область дает неограниченно высокую интенсивность излучения. Такое расхождение с реальными экспериментами называли «ультрафиолетовой катастрофой». Это противоречие разрешила формула Планка, которая разграничивает область применения того или иного закона излучения. Эта формула говорит о том, что закон Рэлея-Джинса применим только для длинных волн. Поэтому цвета от красного до желтого ему худо-бедно подчиняются, и мы видим, действительно, сильное увеличение яркости свечения при нагреве тел (желтый светится намного ярче красного). А вот при коротких волнах этот закон не работает, и формула Планка показывает резкое падение интенсивности в коротковолновой области видимого спектра. И это еще одна причина, почему при больших температурах мы не видим синее и фиолетовое свечение. Вот такое вот небольшое введение в теорию теплового излучения.