Il est difficile de trouver dans la maison deux objets dont l’échelle est radicalement différente de celle de notre luminaire et une ampoule à incandescence régulière pour cent: même le diamètre moyen des deux diffère de dix ordres de grandeur (environ 1,392 · 10 ^ 9 mètres et environ 0,05 mètres). ) - Cependant, les deux objets sont des sources de lumière et, dans cet aspect, il est logique de les comparer.
Spectre et température de couleur
Depuis l'enfance et les premières expériences physiques indépendantes (comme enfoncer un clou dans la flamme d'un fourneau à gaz de cuisine ou souffler du charbon d'un feu), nous savons déjà que si vous chauffez correctement un corps matériel, il commence à briller - et plus brillant que plus on le chauffe.
Les scientifiques s'intéressent de longue date à la même question, mais pour une description strictement quantitative et qualitative d’un phénomène, ils devaient d’abord introduire un concept abstrait - un corps absolument noir (ACHT). Le fait est que le rayonnement électromagnétique d'un corps chauffé (et la lumière n'est qu'un rayonnement électromagnétique, comme les ondes radio, les rayons X, etc.) dépend essentiellement de la longueur d'onde (segments de spectre) absorbée par un tel corps.
Le principe est simple: si quelque chose est très bien absorbé dans certaines bandes, il rayonne également bien dans ces bandes - c’est pourquoi un corps aussi abstrait parfaitement absorbant et rayonnant est appelé «noir». Dans le même temps, nous notons que les corps non idéaux sont appelés «gris» ou «colorés» - et, avec les corrections appropriées, sont à nouveau «liés» aux propriétés du corps noir.
Nous avons donc la loiquelle que soit la température, il absorbe tous les rayons qui tombent dessus, quelle que soit la longueur d'onde - à quoi ressemble la loi qui décrit son spectre? À la fin du XIXe siècle, le physicien I.Stefan aborda cette question du point de vue pratique et, du point de vue théorique, celui de L. Boltzman, la loi physique correspondante dans les manuels s'appelle désormais loi de Stefan-Boltzmann.
Il a été constaté que la densité volumique résultante du rayonnement à l'équilibre et l'émissivité totale de l'ABT sont proportionnelles à la quatrième puissance de sa température absolue (rappelons que la température absolue est mesurée en Kelvin et mesurée à partir du zéro absolu de la température, qui est "plus froide" à 273 degrés) - et dans les manuels de physique, la «courbe en bosses» bien connue était «prescrite».
Qu'est-ce que cela a à voir avec la question initiale? Très simple: il s’avère que la courbe correspondante pour le Soleil est parfaitement décrite par la courbe pour le TCAH avec une température de~ 6000 Kelvin!En même temps, le maximum de rayonnement maximum se situe aux environs de 450 nanomètres (ultraviolets!). Nous disons donc une fois encore merci à notre atmosphère terrestre d’avoir absorbé ce rayonnement à un niveau où nous pouvons tous vivre. la surface de la planète à la lumière du jour et ne pas s'asseoir dans les trous et ramper à la surface que la nuit.
Et qu'en est-il de notre ampoule? Sa spirale chaude obéit également à la même loi, mais la température obtenue est environ la moitié de celle solaire (la fusion du tungstène, à partir de laquelle les ampoules à filament sont habituellement fabriquées, est ~ 3422 degrés Celsius - mais la température de travail ne dépasse pas ~ 2800 degrés Celsius) et est d’environ 3000 Kelvin. Par conséquent, le pic de rayonnement de la lampe à incandescence «se propage» dans la zone de rayonnement infrarouge et se situe dans la région d’un micromètre (1 000 nanomètres), c’est-à -dire qu’une lampe à incandescence domestique est plus «chauffante» qu’un dispositif «éclairage» (efficacité ~ 6%) le pire de l'efficacité).
Mentionnons un autre aspect pratique: les nouvelles lampes fluorescentes et à LED ont généralement une température de couleur (c’est-à -dire une température AChT avec le même ton de couleur) est beaucoup plus élevée qu’une lampe à incandescence - et par conséquent, la lumière d’une telle lampe est «plus bleue». moins de tons rouges et jaunes habituels (même introduit des fonctionnalités spéciales - lumière blanche "froide", "neutre" et "chaude").
Puissance
La comparaison de la puissance de rayonnement totale d’une ampoule électrique et du soleil montre clairement la séparation monstrueuse des valeurs astronomiques du foyer: si une ampoule électrique sous forme de lumière visible et de chaleur rayonne10 ^ 2 watts , le soleil~ 4 * 10 ^ 26 watt- près de vingt-cinq ordres de différence! Maintenant, essayez de compter à votre guise combien de centièmes d'ampoules à incandescence ont été nécessaires pour remplacer le soleil et combien d'espace ils occuperaient dans le système solaire ...