• ベストアンサー

空洞って何ですか? 

『空洞に小さな孔をあけたとき、この孔は入った光を完全に吸収するので黒体とみなすことができる。』とよく統計力学の教科書等に書かれていますが、この『空洞』のイメージがよくわかりません。空洞って何もない状態じゃないんですか?そうすると孔をあけるって…中に何もない(真空)の箱ということでしょうか?あと、この主張の根拠は何ですか?教えてください☆

  • divib
  • お礼率55% (15/27)

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • unyo12
  • ベストアンサー率58% (47/81)
回答No.3

すみません、URLコピペしたとき最後にスペースが一文字入ってしまったようです。 再度掲載しときます。 http://jaguar.eng.shizuoka.ac.jp/lecture/chap/node124.html 私はこんな感じで理解してます。 1)まず空洞(密閉容器)の微細な穴から空洞内部に光が入る。 2)その光は空洞内から出るまでに、空洞内壁によって十分な回数だけ散乱/吸収/放出を繰り返される。 3)よって、これらを経て穴から洩れ出る光の波長分布は、空洞内壁があらゆる波長の光と相互作用した「平衡状態」にあるといえる。 4)したがって、「空洞に小さな孔をあけたとき、この孔から出てくる光は内壁と平衡状態の光である。ゆえに空洞に小さな孔をあけたときの『孔』は黒体とみなすことができる。」

参考URL:
http://jaguar.eng.shizuoka.ac.jp/lecture/chap/node124.html
divib
質問者

お礼

再度、お礼申し立てます。なぞが一つ解決しました。僕はどうも『空洞』という日本語に惑わされていたようです。

その他の回答 (2)

  • unyo12
  • ベストアンサー率58% (47/81)
回答No.2

このURLを見ればイメージが湧くし、根拠もわかるかな?

参考URL:
http://jaguar.eng.shizuoka.ac.jp/lecture/chap/node124.html 
divib
質問者

補足

アドヴァイスありがとうございますm(__)mさっそく参考URLを見ようと思ったのですが開けませんでした!! もう一度確認お願いします。

  • ymmasayan
  • ベストアンサー率30% (2593/8599)
回答No.1

正確な定義は知りませんが、薄い金属板で作った球を考えればいいと思います。 球の内部が空洞です。

divib
質問者

お礼

ありがとうございます☆その後の調べで空洞内に電磁波が存在することがわかりました。ということは、真空ではなさそうですよね?

関連するQ&A

  • 単一伝送モードの光で相互作用する熱平衡状態にある黒体の温度について

    黒体の輻射エネルギーは温度の4乗に比例し、そのスペクトル分布はボーズアインシュタイン統計で表されるという結果位しか知らない熱統計力学については全くの素人です。電磁波波工学については多少わかるつもりです。無損失の同軸ケーブルの左端を黒体に十分挿入した実験システムを考えます。内径は黒体放射スペクトルの主なエネルギーを担う波長よりも十分細いと仮定します。つまり同軸ケーブルの伝送モードは遮断周波数のないTEMモードしか通さないシステムであり、このケーブルが右方向へ有限距離伸びています。次に波長に対して十分なめらかに右方向にケーブルの太さを細くすると反射波を抑えながらエネルギー密度を上昇させることができます。このエネルギー密度の上昇した光を右端の同軸に埋め込まれた黒体に完全吸収させるとします。もちろんスペクトル分布は左端を出発したままです。私の質問はここからですが右端の黒体が伝送路への開口面を除いて完全な断熱材で覆われていた場合、熱平衡状態では右端の黒体の温度はエネルギー密度が高い光を単位時間当たり吸収するため熱源である左端の黒体温度より高くなるのでは?と思います。熱力学第二法則はこのことを否定していますがどの部分で勘違いしているのか教えて頂きたいと思っています。ご回答よろしくお願い申し上げます。

  • 黒体について

    『物体が熱せられることにより、物体を構成する粒子が励起され、光を放出し、それを再び吸収するというサイクルが繰り返され、熱平衡状態に達するためである。放射する全ての波長の光を完全に再吸収するぶったいを黒体という』とありますが、光を再吸収するのになぜ光るのですか? 光を出してるってことはエネルギーを出してることですよね?どこから供給してるのですか?

  • 黒体輻射

    W.グライナー 著の量子力学概論を呼んでいます。 早くも黒体輻射セクションでつまづいているのですが,ちょっと ご教授いただきたいことがあります。 この本には以下のことが書かれています。 ``空洞内のどの場所においても放射輝度 J(ω, T)は光の進行方向 に依らない。また,輻射場は等方的であり空洞の形や壁の材質に 依らない。というのも,もしそうでないとしたら熱力学第二法則に 反するからである。つまり 放射輝度 J(ω, T)が他のどの方向より 大きくなるような方向があるならば,その方向と垂直に,壁と同じ 温度の小円盤を入れると小円盤の温度が上がることになってしまうが これは熱力学第二法則に矛盾している'' 私が困っているのは,小円盤の温度が上がることになってしまうのが, どうして熱力学第二法則と関係あるのかというとことです。これは 温度の低いところから高いところへ熱が移動しているという点で 熱力学第二法則に矛盾しているという説明でよいのでしょうか。 しかし,もともとは等温であったのですっきりと納得できません。 ご教授ください。

  • 宇宙が黒体であるとは?

    宇宙の3度Kの黒体輻射について教えてください。 黒体とは、あらゆる光を吸収してしまい熱平衡を維持する一方、 その保有するエネルギー量に応じた固有の光(電磁波)の輻射を行う 仮想の物体と理解してきました。 現実には、これと近いものとして、 ブラックホール(吸収だけを行う)や太陽(吸収とともに、熱輻射も行っている)など があると、理解してきました。 そこで、宇宙の3度Kの黒体輻射ですが、次のふたつの疑問がいつも頭をよぎります。 1.宇宙の3度Kの黒体輻射という言い方をするのは   輻射のスペクトル分布をみると、プランク分布とぴったり合致する事実があり、   つまり、これは黒体のスペクトル分布と同じだ!   だから宇宙は黒体のように考えることができるのだ!   と、こういう意味なのでしょうか?      昔の宇宙は、理想的な黒体のように、熱を吸収したり、輻射したりしていたわけではわけではなく   単に熱平衡の分布状態が、黒体のプランク分布と同じだったに過ぎない!   というわけです。      こういう、理解の仕方でいいんでしょうか?    2.かって宇宙全体が熱平衡にあり、膨張によって、エネルギー密度が下がったため   何百度K、何千度Kあったものが、いまは3度Kになってしまい、   それが背景輻射として観測されるのだ!   ということと理解しています。      しかし、宇宙全体をまるで何かの容器のように見立て   その容器のなかでの熱平衡を語る、というのは、なにか変に感じます。   なぜなら、宇宙には果てなどないわけで、   閉じた容器のように考えるわけにはいかないのでは?   と思うからです。      宇宙の黒体の記述を読むと   いつも、果てのある閉じた宇宙(まるで容器のような)を前提に議論しているように見える   のは私の勘違いでしょうか?    以上、ふたつの疑問にお答えいただけるとと幸いです。   

  • 「光」は飽和することはありますか?

    「光」は飽和することはありますか? ※生物学の意味でなく。 例えば真空のミラーの箱の中にライトを入れて光らせ、この光は減衰しないものと仮定した場合、いつか「この箱の中にこれ以上光が入らない」という状態は訪れるのでしょうか。 100%反射できるミラーがない、箱の中のライト自体の素材など、減衰要因は多々ありますが、もしそういう環境があればという想定でお願いします。 光を閉じ込めることができるかどうかではなく、RGBでいう0,0,0が黒、255,255,255が白という、このこれ以上ない「白」の状態が光りにはあるのだろうかという疑問です。 もし光が隙間なく埋め尽くされた場合、それぞれが衝突・干渉し合って、光の動きをとめることになるのでしょうか。 どうぞよろしくお願いします。

  • 黒体と電磁波(光)が輻射平衡するまでの時間

    理想的な黒体からなる壁で囲まれた空間があるとします。空間の大きさは一辺が1mとします。また初期状態の壁の温度はたとえば300度Kとします。空間部分の初期状態は真空で光子がなく0度K(と呼んでも良いと思っていますが)とします。このとき空間と黒体が輻射平衡状態になるまでの時間はどれくらいでしょうか。私は1mを光が走るぐらいの時間で輻射平衡状態が実現するように思うのですが、一般的に熱平衡状態はそんなに短時間には起きるとは思わないので悩んでいます。ご指南お願いします。

  • プランクの放射公式の状態密度に格子点を数えるわけ

    空洞放射・ 黒体放射の理論で計算される状態密度になぜ直交座標系の格子点を数えるのか。 それを教えて下さい。 この設問では空洞放射・ 黒体放射の理論で計算される、球殻に含まれる直交座標系の格子点の数を数える意味をあなたなりの考えで教えて下さい。物理的な意味、物理モデルがイメージできるように教えて下さい。 教科書にない答え、すなわちユニークであるほど回答には意味があるかと思います。 教科書の受け売りをするだけでは物足りません。この設問は物知りを開陳する場ではありません。知識の受け売りをそのままひけらかされると困ります。  あなたなりのお答えをお聞かせください。    球殻形状単位体積中の3次元直交座標系の格子点の数=状態密度の根拠というのですが、なぜ直交座標系の格子点を数えるのかを教えて下さい。 空洞放射・ 黒体放射の理論参考リンク http://eman-physics.net/statistic/rayleigh.html https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%92%E4%BD%93%E6%94%BE%E5%B0%84 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%AF%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87 http://www.jsimplicity.com/ja_Report_QuantumMechanics_html/ja_Chapter2_EnergyQuantum.html 参考の内容では空洞放射 黒体放射の理論で計算される、球殻に含まれる直交座標系の格子点の数を数え、それをもとに状態密度を計算し、プランクの放射公式が構成されます。 その状態密度がなぜ、直交座標の格子点から導かれるのか教えて下さい。受け売り知識の開陳では困ります。こちらも教科書のまま長広舌くどく沢山届いたら返答が対応しきれません。 教科書はみな球殻と三次元直交宇座標の格子点から導いています。 なぜ直交座標系なのでしょうか。なぜ格子点なのでしょうか。大学で習ってから44年間考え続け、探し続けたけれど、はっきりいっていまだに直交座標やその格子点がなぜ使われたのか合点がいきません。 黒体放射、空洞放射の実験装置で炉の形状は球形とは無関係だそうです。観察窓は球の中心でなく、外縁の小窓だそうで、座標原点に波源があるわけでもありません。 だから球殻や格子点数はおよそ原因に関係しそうもないのです。  それなのになぜ直交座標格子点と球殻を用いて公式を構成するのでしょうか。 空洞放射の公式は約44年前に大学基礎課程で習って、いくつも難関となる論理を重ねて長い計算を導いたことを覚えています。難しい峠を越えて生まれ出たから、結果に満足しました。「結果良ければ全てよし。」が私も皆さんも感じた感想だったでしょう。 でもそれには大した意味がなく、振り返ってみれば、わかった気に生徒を騙す洗脳もしくは、学問上の欺瞞だったのではないでしょうか。

  • お勧めの教科書を教えてください

    お世話になります。 当方機械系の四年なのですが、卒論も順調に進んでいて、単位も足りているので専門選択で選んでこなかった科目を自習してみようと思っております。 その際に、(大学で使う教科書はどうせ教授の執筆したものですし)いわゆる名著、あるいはお勧めする参考書があれば参考にさせていただきたいと思い質問した次第です。 自習しようと思っているのは 電磁気学、統計力学、量子力学、(および確率・統計の数学)です。 すべて未修です。 一応、機械系の中ではまじめに勉強してきたと思っておりますので、履修してきた科目はある程度結果が残せているため、 理系の式変形ばっかりだとわからないとか、そういうことは全くなく、 電磁気などで必要と思われるベクトル解析をはじめとしたいわゆる工業数学的な科目は、確率統計を除いて一通りやっております。 よって、その点で不必要に平易な教科書である必要は特にないので、教えていただく際はそのあたりを考慮していただかなくても構いません。 (つまり、数学的な表現を多用する教科書でも構わないということです) ただ、いわゆる一般的な単位系でかかれているもの(これらの科目の単位系がどこまでSIで統一されているのかはわからないので、厳密にはSI単位でなくてもいいのですが)でお願いいたします 昔、名著とよばれているものを手に取ってみたらダインとか書かれていてポカーンとなった経験があるもので(笑) 教科書の言語は日本語でお願いいたします。 また、ここは物理のカテゴリですが、統計力学や量子力学をやる上で 確率統計分野の数学的知識が必要となるのでしたら、それに関する教科書もお教えいただければ幸いです。 どうぞよろしくお願いいたします。

  • 電磁波をc=fλと置いたのは誰ですか?

    広く知られている通説に反し、プランクは光を量子化しなかった。この根拠としては、プランクの1901年のオリジナルの論文[6]と、その中に参考文献としてあげられている彼の1901年以前の論文があげられる。また、著書 "Theory of Heat Radiation" においてプランク定数はヘルツ振動子 (Hertzian oscillator) を示していると説明している。量子化の概念は別の第三者によって、現在では量子力学として知られるものの中に開発された。この流れの中で次に重要な段階を踏んだのはアルベルト・アインシュタインであった。アインシュタインは光電効果を研究し、光は塊や光子として放出されるだけでなく、吸収もされるという模型と方程式を提出した。そして1924年、サティエンドラ・ボースがプランクの法則を理論的に導出することができる光子の統計力学を考え出した。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%AF%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87

  • 一次元の箱中の光子

    共役ポリエンは近似的に直線状一次元的な箱とみなせる。ここで三つのポリエン、すなわちブタジエン、ビタミンA、カロテンを考える。共役鎖(箱とみなすことのできる部分)の長さはブタジエン<ビタミンA<カロテンである。 これらのポリエンの色はブタジエンは無色、ビタミンAは橙黄色、カロテンはルビー赤である。共役鎖の長さに基づいてこれらの化合物の色を定性的に説明せよ。(注:対象となってくるのは吸収される光であって放射される光ではない) このような問題で自分は以下のように考えたのですが正しいのでしょうか。 ブタジエンは箱が小さいため短い波長しか吸収できず、そのため可視光部分の波長の光は吸収できないために無色になる。 ビタミンAは3つのなかで箱の大きさは中くらいであるが、可視光領域の波長の一部分を吸収するため橙黄色となる。 カロテンは箱が大きいため可視光の赤色領域だけを残してそれより短い波長をすべて吸収してしまうため、ルビー赤となる。 また、もう一問あるのですが、 ビタミンAには332nmで最も強い吸収がある。この値を使って電子遷移のエネルギーを求め、ビタミンAの"箱"の長さを推定せよ。 このような問題なのですが、この、「332nmで最も強い吸収がある」というのはどういうことなのでしょうか?とりあえず、この最も強い吸収がなぜあるのか、また、何を意味しているのかが分からないため手がつけられない状況です。どなたかこの意味を説明していただけないでしょうか。 どなたかお分かりになる方、ご教授いただけませんでしょうか。よろしくお願いいたします。