Кіріспе
Барлық түсетін электромагниттік сәулеленуді сіңіретін идеалданған физикалық дене. Қара дене немесе қара дене – жиілігіне немесе түсу бұрышына қарамастан, барлық түсетін электромагниттік сәулеленуді сіңіретін идеалданған физикалық дене. Қара дененің қоршаған ортамен жылулық тепе-теңдікте болғанда шығаратын сәулеленуі қара дене сәулеленуі деп аталады. "Қара дене" атауының себебі – ол жарықтың барлық түстерін сіңіріп алады. Ал ақ дене – "барлық жарық сәулелерін барлық бағытта толық және біркелкі шағылыстыратын қалың беті" бар дене. Термиялық тепе-теңдікте (яғни тұрақты температурада) болатын қара дене электромагниттік қара дене сәулесін шығарады. Сәулелену Планк заңы бойынша шығарылады, яғни оның спектрі тек температурамен анықталады (оң жақтағы суретті қараңыз), дененің пішінімен немесе құрамымен емес. Термиялық тепе-теңдіктегі идеалдық қара дененің екі негізгі қасиеті бар: қуысқа кіретін сәулелену осы механизм арқылы "термизацияланады": энергия фотондар жиынтығы Планк таралуына жеткенше қайта бөлінеді. Термизацияға кеткен уақыт, сұйытылған газ сияқты сирек заттарға қарағанда, конденсатталған заттармен әлдеқайда жылдам. Миллиардтан төмен температурада фотондардың тікелей өзара әрекеттесуі, әдетте, материямен өзара әрекеттесуге қарағанда мардымсыз болады.
A black body or blackbody is an idealized physical body that absorbs all incident electromagnetic radiation, regardless of frequency or angle of incidence. The radiation emitted by a black body in thermal equilibrium with its environment is called black body radiation. The name "black body" is given because it absorbs all colors of light. In contrast, a white body is one with a "rough surface that reflects all incident rays completely and uniformly in all directions." A black body in thermal equilibrium (that is, at a constant temperature) emits electromagnetic black body radiation. The radiation is emitted according to Planck's law, meaning that it has a spectrum that is determined by the temperature alone (see figure at right), not by the body's shape or composition. An ideal black body in thermal equilibrium has two main properties: Radiation entering the cavity will be "thermalized" by this mechanism: the energy will be redistributed until the ensemble of photons achieves a Planck distribution. The time taken for thermalization is much faster with condensed matter present than with rarefied matter such as a dilute gas. At temperatures below billions of Kelvin, direct photon–photon interactions are usually negligible compared to interactions with matter.
Кирхгофтың қара денелері
Кирхгофф 1860 жылы толық сіңіретін, шексіз жұқа беткі қабаты бар кемелді қара дене туралы теориялық ұғымды енгізді, бірақ Планк осы идеяға қатысты бірнеше маңызды шектеулерді атап өтті. Планк қара денеге қойылатын үш талапты көрсетті: дене (i) сәулеленуді қабылдауға, бірақ оны кері шашыратпауға тиіс; (ii) түсетін сәулеленуді сіңіруге және оның қайта сәулеленуін болдырмауға жеткілікті қалыңдыққа ие болуы керек; (iii) сәулеленудің ішке кіріп, қайта шығуына жол бермеу үшін шашырау процесінде қатаң шектеулерді сақтауы керек. Осының салдарынан, Кирхгоффтың өздеріне түскен барлық сәулеленуді сіңіретін кемелді қара денелерін шексіз жұқа бет қабатында іске асыру мүмкін емес, сондай-ақ қара дененің ішіндегі жарықтың шашырауына қатысты қиын орындалатын шарттар қойылады.
Орындалған жұмыстар
Қара дененің іске асырылуы – нақты дүниедегі физикалық нысанды білдіреді. Міне, бірнеше мысал.
Бұрышты қуысы
1898 жылы Отто Ламмер мен Фердинанд Курльбаум қуыс сәулелену көзін сипаттады. Олардың құрылымы қазіргі күнге дейін сәулеленуді өлшеу үшін көбінесе өзгеріссіз қолданылып келеді. Бұл – диафрагмалармен бөлінген платина қораптың қабырғасындағы тесік, ал ішкі беті темір оксидімен қаралатылған. Бұл Планк заңының ашылуына әкелген, үнемі жетілдіріліп келген өлшемдер үшін маңызды құраушы болды. 1901 жылы сипатталған нұсқаның ішкі жағы хром, никель және кобальт оксидтері қоспасымен қара түсті. Қараңыз: Hohlraum.
Қара түске жақын материалдар
Қара денеге ұқсас материалдарды жасыру және радар көрінбейтін материалдарды жасау үшін зерттеулер жүргізілуде. Бұл материалдардың барлығы жарықтың 99,9% немесе одан да көп бөлігін сіңіреді.