بدن سیاه کامل و تابش آن

بدن سیاه کامل و تابش آن
بدن سیاه کامل و تابش آن
Anonim

جسم کاملاً سیاه به این دلیل نامیده می شود که تمام تشعشعاتی را که بر روی آن فرو می ریزد (یا بهتر است بگوییم به درون آن) هم در طیف مرئی و هم فراتر از آن جذب می کند. اما اگر بدن گرم نشود، انرژی دوباره بازتاب می‌شود. این تشعشعات ساطع شده توسط یک جسم کاملاً سیاه رنگ مورد توجه خاص است. اولین تلاش ها برای مطالعه خواص آن حتی قبل از ظهور خود مدل انجام شد.

در اوایل قرن نوزدهم، جان لزلی مواد مختلفی را آزمایش کرد. همانطور که مشخص شد، دوده سیاه نه تنها تمام نور مرئی را که روی آن فرو می ریزد جذب می کند. این ماده در محدوده مادون قرمز بسیار قوی تر از سایر مواد سبک تر تابش می کند. این تشعشع حرارتی بود که در چندین ویژگی با انواع دیگر متفاوت است. تابش یک جسم کاملا سیاه رنگ متعادل، همگن است، بدون انتقال انرژی رخ می دهد و فقط به دمای بدن بستگی دارد.

بدنه کاملا مشکی
بدنه کاملا مشکی

هنگامی که دمای جسم به اندازه کافی بالا باشد، تابش حرارتی قابل مشاهده می شود و سپس هر جسمی، از جمله سیاه مطلق، رنگ می گیرد.

چنین جسم منحصربه‌فردی که فقط نوع خاصی از انرژی را ساطع می‌کند، نمی‌تواند توجه را به خود جلب کند. از آنجایی که ما در مورد تابش حرارتی صحبت می کنیم، اولین فرمول ها و تئوری ها در مورد اینکه طیف چگونه باید باشد در چارچوب ترمودینامیک ارائه شد. ترمودینامیک کلاسیک قادر بود تعیین کند که حداکثر تابش در یک دمای معین در چه طول موجی باید باشد، در کدام جهت و در هنگام گرم شدن و سرد شدن چقدر تغییر می کند. با این حال، نمی توان پیش بینی کرد که توزیع انرژی در طیف جسم سیاه در تمام طول موج ها و به ویژه در محدوده فرابنفش چیست.

تشعشعات بدن سیاه
تشعشعات بدن سیاه

طبق ترمودینامیک کلاسیک، انرژی می تواند در هر بخش، از جمله بخش های خودسرانه کوچک، ساطع شود. اما برای اینکه یک جسم کاملا سیاه در طول موج های کوتاه تابش کند، انرژی برخی از ذرات آن باید بسیار زیاد باشد و در ناحیه امواج فوق کوتاه تا بی نهایت خواهد رفت. در واقعیت، این غیرممکن است، بی نهایت در معادلات ظاهر شد و فاجعه فرابنفش نامیده شد. فقط تئوری پلانک مبنی بر اینکه انرژی می تواند در بخش های گسسته تابش شود - کوانتا - به حل مشکل کمک کرد. معادلات ترمودینامیک امروزی موارد خاصی از معادلات فیزیک کوانتومی هستند.

توزیع انرژی در طیف یک جسم سیاه
توزیع انرژی در طیف یک جسم سیاه

در ابتدا بدنی کاملاً سیاه به صورت حفره ای با دهانه باریک نشان داده می شد. تشعشع از خارج وارد چنین حفره ای می شود و توسط دیواره ها جذب می شود. در طیف تابش، کهباید بدنی کاملا سیاه داشته باشد که در این صورت طیف تابش ورودی غار، دهانه چاه، پنجره به اتاق تاریک در یک روز آفتابی و … مشابه است. اما بیشتر از همه، طیف تابش پس زمینه کیهانی کیهان و ستارگان، از جمله خورشید، با آن منطبق است.

به جرات می توان گفت که هرچه ذرات با انرژی های متفاوت در یک جسم بیشتر باشد، تشعشعات آن قوی تر به جسم سیاه شبیه می شود. منحنی توزیع انرژی در طیف یک جسم سیاه، الگوهای آماری موجود در سیستم این ذرات را منعکس می کند، با تنها تصحیح که انرژی منتقل شده در طول فعل و انفعالات گسسته است.

توصیه شده: