Цветовая температура источника света, двойственная природа света, страница 5

• Тепловое движение

Понятие температуры само по себе — это статистическое понятие. Статистически температура представляет собой движение молекул внутри тела. Максвелл, Больцман, а позже Эйнштейн и Планк считали, что если бы можно было с точностью определить траектории движения атомов и частиц внутри тела, то само понятие температуры потеряло бы всякий смысл. Температура — это понятие, основанное на состоянии некоторого беспорядочного движения, в котором находятся возбужденные атомы, отклоняясь от изначального положения. Чем выше температура, тем сильнее тепловое движение и тем слабее сцепление молекул внутри излучающего тела (в физике температура определяется как мера средней кинетической энергии частиц вещества (молекул атомов, электронов и т. д.)). С повышением температуры тело переходит из твердого состояния в жидкое, затем газообразное и, наконец, в плазменное — особенное состояние, когда вещество ионизировано, то есть ядра атомов и облака электронов оказываются разъединенными.

Мы столкнемся с понятием теплового движения в связи с понятием «шума» видеоприемников. Для некоторых научных сфер применения инфрачувствительных камер шум теплового фона приемников создает такие проблемы, что их приходится охлаждать жидким азотом.

• Абсолютная нулевая температура

В физике в качестве единицы температуры используются не градусы Цельсия, не градусы Фаренгейта, а Кельвины (К). Деления этой шкалы имеют такое же значение, что и градусы Цельсия, но она начинается от абсолютного нуля, то есть состояния вещества с нулевым тепловым движением. Чтобы представить себе тепловое движение тела, достаточно представить себе поверхность озера. Если бы можно было сравнить вещество с этим озером, то абсолютный нуль соответствовал бы абсолютной неподвижности поверхности. Ни одно движение не нарушило бы покой, в котором находится поверхность воды. Это было бы идеальное зеркало.

Следовательно, абсолютно нулевая температура соответствует состоянию полной неподвижности материи. Она равняется -273,16°С.

• Температура тела и электромагнитное излучение

Орбитали движения электронов в атоме соответствуют определенному уровню энергии. Тепловое возбуждение атома (или иная причина, например, квант света) может вызвать переход электронов с одной орбиты на другую, более высокую. Атом поглотил энергию. Электрон может спонтанно вернуться на орбиталь с меньшей энергией (этот переход не всегда спонтанный, он может быть спровоцирован, как это происходит в лазерах). Тогда он испускает фотон, следуя уравнению Планка: , где h — постоянная Планка, a ν — частота. Атом восстановил потраченную энергию. Стоит отметить, что в формуле , С — это скорость света, а λ— длина волны.