Ověření Stefan - Bollzmanova zákona

    Absolutně černým tělesem (dále jen AČT) rozumíme těleso které pohlcuje úplně světlo libovolného složení nezávisle na své teplotě. Pro toto těleso je tedy spektrální relativní pohltivost nezávislá na teplotě a rovna 1 pro všechny vlnové délky. Z Kirchoffova zákona pro spektrální zářivost AČT vyplývá, že všechna AČT mají za dané teploty jedno a totéž rozdělení energie mezi vlnové délky; zářivost všech AČT je stejná a mění se s teplotou.

    V přírodě neexistují tělesa s vlastnostmi shodnými s AČT. Těleso pokryté vrstvou černě (např. sazí) mají relativní pohltivost blízkou jedničce pouze v omezeném intervalu vlnových délek. V daleké infračervené oblasti je jejich relativní pohltivost značně menší než 1. Pro přesné experimenty se zářením AČT se používá trubice zhotovená z materiálu s vysokým stupněm tání. Uvnitř trubice je vytvořena sada přepážek s otvory k zamezení jednoduchých odrazů. Trubice se vkládá do elektrické pícky. Záření vycházející z této trubice se svými vlastnostmi shoduje se zářením AČT. S tímto modelem lze studovat záření AČT až do teplot kolem 3000 ° K.

    Základní charakteristikou záření AČT je tzv. spektrální hustota záření AČT neboli energetické spektrum záření AČT. Typický tvar energetického spektra záření AČT pro dvě různé teploty je znázorněn na obrázku 1.

    Křivka spektrální hustoty má maximum , které se s rostoucí teplotou posunuje ke kratším vlnovým délkám a stává se ostřejší. Při nízké teplotě leží maximum spektrální zářivosti v oblasti dlouhých vlnových délek a těleso vysílá převážně infračervené paprsky. Při dalším vzrůstu teploty se maximum posouvá ke stále kratším vlnovým délkám , což se subjektivně projeví tím, že těleso se jeví stále bělejší.

    Celková energie E, vyzářená AČT, je dána integrálem ze spektrální hustoty energie přes všechny vlnové délky. Závislost celkové energie na teplotě vyjadřuje STEFAN-BOLLZMANŮV zákon.

E = s T4          (1)

kde s je Stefan-Boltzmanova konstanta.

    Jestliže záření je vyzařováno do prostředí s teplotou T0 , potom energie vyzářená do tohoto prostředí je dána vztahem:

E = s ( T4 - T04 )           (2)

    U skutečných těles je koeficient spektrální pohltivosti menší než 1 a to pro všechny vlnové délky. Celková energie vyzářená takovým tělesem je potom menší než energie vyzářená AČT a platí pro ni:

E / = k E          (3)

kde E je dáno vztahem (1) resp. (2). Hodnota koeficientu k závisí na povaze tělesa, stavu jeho povrchu, jeho teplotě ap.