Svart legeme
Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Et svart legeme betegner i fysikken et legeme som absorberer alt lys og all elektromagnetisk stråling som treffer det. Ingen stråling passerer gjennom det eller reflekteres fra det. Betegnelsen «svart legeme» er litt misvisende i den forstand at legemet selv sender ut elektromagnetisk stråling, deriblant lys. Frekvensspekteret bestemmes av legemets temperatur og kalles termisk stråling. Jo varmere legemet er des høyere frekvenser og energier sendes ut. Solen er et vanlig eksempel på et tilnærmet svart legeme med temperatur ca. 5500 °C, hvor mesteparten av strålingen er synlig lys. Termen «svart legeme» ble introdusert av fysikeren Gustav Kirchhoff i 1862. Frekvensspekteret til svarte legemer ble forklart av Max Planck i 1900 med Plancks strålingslov.
Svarte legemer med en temperatur under ca. 1000 °C utstråler lite synlig lys. Et svart legeme som varmes opp over denne temperaturen begynner å produsere stråling innenfor den synlige delen av spekteret; først rødt, og deretter gjennom hele spekteret til blått etter hvert som temperaturen stiger. Et legeme som er varmt nok til å ha sin største strålingsintensitet innenfor kortere bølgelengder enn synlig lys, vil enda sende ut nok synlig lys til å stråle blått.
Den bølgelengden der strålinga fra et svart legeme er mest intens, er gitt ved Wiens forskyvningslov, og den totale energien som sendes ut pr. arealenhet er gitt ved Stefan-Boltzmanns lov. Begge disse lovene kan igjen forklares av Plancks strålingslov.
Virkelige legemer opptrer aldri som ideelle svarte legemer, og den utsendte strålinga fra et gitt legeme vil alltid være en brøk av hva den teoretiske strålinga ville vært. Hvor godt strålinga fra et stoff samsvarer med strålinga fra et svart legeme, kalles stoffets emissivitet. Det avviket som ikke-svarte overflater oppviser fra et ideelt svart legeme avhenger både av overflatas geometri og kjemisk sammensetning, og er gitt ved Kirchhoffs strålingslov. For øvrig er det samsvar mellom emissivitet og absorptivitet, slik at et legeme som bare absorberer en fraksjon av innkommende lys også sender ut en fraksjon av den strålinga som et svart legeme med samme temperatur gjør.
I astronomien blir stjerner i visse sammenhenger regna som svarte legemer, i andre sammenhenger må en ta hensyn til at stjerner kan avvike fra et ideelt svart legeme. Den kosmiske bakgrunnsstrålinga framviser derimot et nesten perfekt samsvar med stråling fra et svart legeme. Hawking-stråling er stråling fra svarte hull.