Stefan-Boltzmannov zakon
Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Stefan-Boltzmannov zákon (tudi Stefanov zákon) [štéfan-bólcmanov ~] o sevanju črnega telesa: gostota energijskega toka j*, ki ga seva črno telo, je sorazmerna četrti potenci njegove termodinamične temperature T:
Sorazmernostna fizikalna konstanta σ = 5.670 400(40) · 10-8 W m-2 K-4 je znana kot Stefanova konstanta ali Stefan-Boltzmannova konstanta. Zakon je leta 1879 odkril slovenski fizik Jožef Stefan (1835-1893), leta 1884 pa ga je njegov učenec, avstrijski fizik Ludwig Edward Boltzmann (1844-1906) tudi teorijsko izpeljal v okviru termodinamike. To je edini fizikalni zakon, imenovan po kakšnem slovenskem fiziku.
Danes ga lahko izpeljemo iz Planckovega zakona 1 in velja samo za idealna črna telesa. V splošnem ima zakon obliko:
kjer je ε = 1 za idealno črno telo.
Stefan je zakon objavil 20. marca v članku Über die Beziehung zwischen der Wärmestrahlung und der Temperatur (O razmerju med toplotnim ravnovesjem in temperaturo) v Poročilih z zasedanj dunajske Akademije znanosti.
S svojim zakonom je Stefan določil tudi temperaturo Sončeve površine. Oprl se je na podatek Charlesa Soreta (1854–1904), da je gostota energijskega toka Sonca 29-krat večja od gostote energijskega toka segrete kovinske ploščice. Okroglo ploščico je postavil na takšno razdaljo od merilnika, da bi bila videti pod istim kotom kot Sonce. Soret je ocenil temperaturo ploščice okoli 1900 °C do 2000 °C. Stefan je domneval da 1/3 energijskega toka Sonca zadrži Zemljino ozračje. Zato je vzel za pravilen Sončev energijski tok 3/2 večjo vrednost, 29 · 3/2 = 43,5. Natančne meritve absorpcije ozračja so izvedli šele leta 1888 in 1904. Za temperaturo je Stefan vzel srednjo vrednost prejšnjih dveh 1950 °C in za absolutno termodinamično 2200 K. Ker je 2,574 = 43,5, iz zakona sledi, da je temperatura Sonca 2,57-krat večja kot temperatura ploščice. Tako je Stefan dobil vrednost 5430 °C ali 5700 K. To je bila prva smiselna vrednost za temperaturo Sonca. Pred njim so navajali vrednosti od 1800 °C do 13.000.000 °C. Prvo vrednost 1800 °C je določil Pouillet (1790-1868) leta 1838 z Dulong-Petitovim zakonom. Pouillet je za energijski tok Sonca vzel za polovico premajhno vrednost. Verjetno je ta rezultat opomnil Stefana, da bi Dulong-Petitov zakon odpovedal pri velikih temperaturah. Če zberemo Sončevo svetlobo z lečo, lahko segrejemo telo na višjo temperaturo kot samo na 1800 °C.
Stefan-Boltzmannov zakon je primer potenčnega zakona.
Nekaj fizikov je očitalo Stefanu, da je bila njegova pot do zakona precej majava. Naredili bi mu veliko krivico, če bi mislili, da je odkril zakon na slepo. Veliko srečnih naključij je vplivalo na njegovo določitev, kar se pogosto zgodi pri mnogih pomembnih odkritjih.
Kaj vedo povedati tujci o zakonu lahko pogledamo na primer v 2.
[uredi] Glej tudi
- jakost sevanja, Lambertov zakon, Wienov približek, Wienov zakon, Rayleigh-Jeansov približek, sevalna konstanta.
