Страница 30 из 161
Кирхгоф работал почти во всех областях экспериментальной и теоретической физики, получая результаты фундаментальной важности. Кроме тех, которые мы будем здесь обсуждать, он описал законы, которые позволяют получать распределение токов в электрических цепях; дал замечательную формулировку двух принципов термодинамики, решил строгим и полным способом уравнения электромагнетизма Максвелла и постарался дать математическую формулировку принципа Гюйгенса.
В 1859 г. Кирхгоф обратился к собранию Берлинской Академии со словами:
Несколько недель тому назад я имел честь представить Академии сообщение о некоторых наблюдениях, которые, как кажется мне, являются весьма интересными, т. к. позволяют нам сделать заключения о химическом составе солнечной атмосферы. Отталкиваясь от этих наблюдений, я теперь вывел на основе довольно простых теоретических соображений общую теорему, которую ввиду ее большой важности я осмеливаюсь представить Академии. Она касается свойств всех тел и относится к испусканию и поглощению тепла и света.
Кирхгоф не скромничал, представляя свои результаты! Он продолжил свою лекцию, показав, что тела, которые испускают излучение на некоторой длине волны, способны поглощать это же излучение, и для лучей одной и той же длины волны при одной и той же температуре отношение способности испускать излучение (технический термин сила испускания) к способности поглощать его (поглощаемость) является одним и тем же для всех тел и не зависит от их природы и формы,
Кроме этого общего результата, который казался ему очень важным, он подчеркнул важность проведения точных экспериментальных измерений с целью проверки его предположения и выразил надежду, что при этом не возникнут особые трудности, так как все функции, не зависящие от природы тел, с которыми до сих пор имели дело, просты по структуре.
Он предложил для этих экспериментов использовать тело, названное им черным телом, которое способно поглощать все излучение, падающее на него. Для этого тела поглощательная способность равна единице, а сила испускания становится идентичной универсальной функции, которую он ввел.
Хотя идеальное черное тело является абстракцией, РљРёСЂС…РіРѕС„ дал указания для практической реализации его, если изготовить полость СЃ отверстием, диаметр которого РјРЅРѕРіРѕ меньше размеров полости. Рто отверстие РїРѕ существу Рё является черным телом. Действительно, любое излучение, попадающее РІ отверстие, будет полностью поглощено стенками полости. Через некоторое время внутреннее излучение достигает равновесия СЃРѕ стенками полости, имеющей температуру T, Рё РІ этот момент излучение (которое мало РїРѕ сравнению СЃ тем, что содержится внутри) станет выходить РёР· отверстия, представляя СЃРѕР±РѕР№ характеристическое излучение РІ полости.
Немного позднее, в 1865 г., Дж. Тиндаль (18201893) опубликовал результаты некоторых измерений способности тела, нагретого до двух разных температур, испускать излучение. Он нагревал зачерненную платиновую проволоку, которая не была в точности черным телом. Однако, несмотря на это несовершенство, эти измерения были использованы в 1879 г. австрийским физиком Йозефом Стефаном (18351893) для установления эмпирического закона, согласно которому энергия, испускаемая с единицы площади поверхности нагретого тела, пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.
Законы черного тела
Закон Стефана привлек внимание его ученика Людвига Больцмана (18441906), который в 1884 г. вывел его, основываясь на принципах термодинамики и электромагнетизма. Он использовал соотношение между давлением излучения и вторым началом термодинамики, которое было открыто несколькими годами ранее итальянским физиком Адольфо Бартоли (1851-1896).
Людвиг Рдвард Больцман родился РІ Вене РІ ночь между Р�споведальным вторником Рё Бренной средой. Ртим фактом, что РѕРЅ родился как раз РІ момент смерти РІ веселом танце Р�споведального вторника РѕРЅ, шутя, РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏР» внезапные перемены своего настроения РѕС‚ большой радости Рє глубокой депрессии. РќРёР·РєРѕРіРѕ роста СЃ курчавыми волосами, РѕРЅ был типичным человеком, испытывающим маниакально-депрессивный РїСЃРёС…РѕР·. Его РїРѕРґСЂСѓРіР° называла его милый РґРѕСЂРѕРіРѕР№ толстячок. После защиты докторской диссертации РІ Вене РІ 1866 Рі. выполненной РїРѕРґ руководством Стефана, РІ которой была построена кинетическая теория газов, Больцман стал ассистентом Стефана, Рё РїРѕ его рекомендации был назначен заведующим кафедрой математической физики РІ университете Граца РІ возрасте всего лишь 25 лет.