تابش جسم سیاه

تابش جسم سیاه (بلک بادی)

قوانین مربوط به حرکت و جاذبه زمین زمین نیوتن، قوانین پایستگی انرژی و تکانه، قوانین ترمودینامیک و قوانین ماکسول برای الکتریسیته و مغناطیس، همگی بطور کم یا زیاد، در پایان قرن 19 میلادی به نتیجه رسیده و کامل شدند. در حقیقت این معادلات جهانی را برای ما ترسیم می کردند که در آن اجسام بر اساس زمان و فضای مطلق و با قابلیت پیش بینی در حال حرکت و جابجایی بودند.از این قوانین جهت خلق ماشین هایی استفاده شد که در نهایت سبب ایجاد دو موج انقلابی در صنعت شدند. موج اول ماشینی که بوسیله بخار در حرکت بود و دومی آنکه با استفاده از جریان الکتریسیته کار می کرد. این قوانین قادر بودند فضاپیمایی را با درستی موقعیت بسیار بالا به انتهای منظومه شمسی ارسال کنند. این قوانین از لحاظ معادلات ریاضی بکار رفته به اندازه ای مستحکم و بی نقص می نمودند که هیچ قانونی به قانون دیگر تجاوز نکرده و دیگری را نقض نمی کرد. واقعیاتی که تا درجه بالایی از درستی و بوسیله انجام آزمایشات زیاد حاصل شده بودند.                          

Black-Body-Radiation

در پایان قرن 19 میلادی ،فیزیک به ظاهر در قله خود بسر می برد. به گونه ای که گزارشاتی در خصوص اظهار نظرهایی نظیر؛

” در حال حاضر هیچ چیز جدیدی برای کشف در فیزیک وجود ندارد. همه آنچه باقی مانده فقط اندازه گیری های دقیق و دقیق تر است”

نیز به گوش میرسید. این جملات به استناد مدارک موجود از مجمع بریتانیانی پیشرفت علم در سال 1900 میلادی، به لرد کلوین (1907-1824)  نسبت داده می شود. آلبرت مایکلسون (1931-1852) دانشمند آلمانی-آمریکایی هم عقیده ای مشابه آنچه گفته شد داشته است. البته گفته می شود که او این ایده را از کلوین گرفته است اما شواهدی کمی برای اثبات این ادعا در دسترس می باشد.

با ورود به قرن جدید مشخص شد کلوین نگفته بود که فیزیک به اتمام رسیده است. در حقیقت منظور او کاملا مخالف این مطلب بود. دو ابر، فضای آسمان فیزیک قرن 19 را اشغال کرده بود:

زیبایی و وضوح تئوری دینامیک، که گرما و نور را حالتی از حرکت و جابجایی معرفی می کرد، در حال حاضر بوسیله دو ابر در ابهام بسر می برد:

1-اولین چیزی که به استناد خاصیت موجی نور موجودیت می یافت و بوسیله فرنل و دکتر توماس یانگ مطرح گردید این سوال را پدید آورد که زمین چگونه می تواند از درون یک ماده کشسان، که در حقیقت اتر درخشان نامیده می شد، حرکت کند؟

2- ابهام دوم در خصوص رویکرد ماکسول-بولتزمن، با در نظر گرفتن تقسیم بندی و محدودکردن انرژی، بود.

کلوین به تشریح دو سوال، مرتبط با فیزیک زمانه خودش، پرداخت. سوالاتی که از نظر فنی بسیار پیچیده بودند به نحوی که نمی توان آنها را برای شخص عادی توضیح داد مگر اینکه مطالعاتی در خصوص فیزیک داشته باشد. اولی به بحث اتر درخشان که حالا دیگر بی اعتبار شده بود رجوع می کرد؛ و اما دومی عدم تونایی تئوری الکترمغناطیس در پیش بینی صحیح ویژگی های تابش دمایی را تشریح می نمود.

اساسا مبحث اول به این شکل است: نور یک موج است، نور برای انتشار به محیط انتشار نیاز دارد، این محیط به اتر درخشان معروف است، این محیط می باید به شدت سفت و صلب باشد (زیرا نور با سرعت بسیار بالا جابجا می شود) و همچنین به شدت رقیق باشد (زیرا نمی توانیم رد جابجا شدن نور را تشخیص بدهیم). فیزیک قرن 19 نمی توانست جوابی برای این مو ضوعات پیدا کند، بنابراین فیزیک در آن زمان به مخاطره افتاد.

پرتوی نوری که این ابر تیره را پراکنده کرد تئوری نسبیت بود که بوسیله آلبرت انیشتین مطرح شد. مطلبی که بوسیله این تئوری آشکار شد این حقیقت بود که بطور کلی اتری وجود ندارد، فضای مطلقی وجود ندارد، زمان مطلق بی معنی است، جرم پایسته نیست، انرژی پایسته نیست و در نهایت هیچ چیزی سریع تر از نور جابجا نمی شود. در حقیقت این تئوری انقلابی بزرگ در فیزیک بود.

و اما دومین ابر تاریک که بوسیله کلوین مطرح شده بود و کلوین از آن به دکترین ماکسول-بولتزمن یاد می کرد منجر به پیدایش مکانیک کواتنتوم- انقلابی ترین تئوری کل تاریخ فیزیک شد. حقایق اصلی که در این تئوری مطرح می شود این است که در واقع همه چیز بطور همزمان دارای خاصیت موجی و ذره ای است و در عین حال هیچ چیزی نمی تواند بطور قطع و مطلق قابل پیش بینی باشد.

پیدایش این دو تئوری انقلابی فیزیک را به دو قلمرو تقسیم بندی کرد. به تمامی تئوری هایی که پیش از خلق این دو تئوری، بسط و نشر یافته اند فیزیک کلاسیک گفته می شود. همچنین به تمامی تئوری هایی که از اصول اولیه تئوری های نسبیت و مکانیک کوانتوم بهره گرفته اند فیزیک مدرن گفته می شود. واژه مدرن به این دلیل انتخاب شد که پایه و اساس این نظریه ها در سه دهه اول قرن 20 میلادی بنیان گذاشته شد. فن آوری های جدیدی از قبیل نورهای الکتریکی، توسترها، یخچال ها، ماشین های دوخت، رادیو ها، تلفن ها، فیلم ها، دستگاه های ضبط صوت، هواپیماها، اتوموبیل ها، متروها، آسانسورها، آسمان خراش ها، نایلون، سلولوئید و غیره، شروع به پیدایش و موجودیت کردند. اوایل قرن 20 میلادی مملو از ایده ها و اختراعات انقلابی است. اختراعاتی که تصور زندگی بدون آن ها در حال حاضر غیر ممکن است. در حقیقت فیزیک مدرن فقط یک وجه از آغاز مدرنیته می باشد.

 

ناکامی های فیزیک کلاسیک

حاشیه های فرسوده بر پرده فیزیک کلاسیک منجر به پیدایش فیزیک مدرن گردید:

نسبیت

  • عدم وجود حرکت مشهود در داخل اتر
  • تغییر جهت خط الراس عطارد

مکانیک کوانتوم

  • تابش جسم سیاه و فاجعه فرابنفش
  • اثر فوتوالکتریک
  • طیف گسسته اتمی و مسئله مدیریت اتم ها برای موجودیت
  • فروپاشی رادیو اکتیو

آنچه در خصوص تابش جسم سیاه میدانیم

  • شکل توضیع
  • تغییرات قله نمودار بر اساس قانون وین
  • مجموع توان خروجی که بر اساس قانون استفان-بولتزمن بیان می شود
blackbody-radiation-chart

جان استرات، لرد ریلی و جیمز جینز ، فاجعه فرابنفش

جسم سیاه در واقع جسم ایده عالیست که تمامی فرکانس ها را جذب و سپس گسیل می کند.از فیزیک کلاسیک می توان برای بیان معادله ای که شدت تابش جسم سیاه را به عنوان تابعی از فرکانس و در یک دمای ثابت تشریح می کند، استفاده نمود.اگرچه قانون ریلی-جیمز برای فرکانس های پایین بخوبی صدق می کند اما در فرکانس های بالاتر بصورت تابع ƒ² اختلاف پیدا می کند،این اختلاف و واگرایی برای فرکانس های بالا به فاجعه فرابنفش مشهور می باشد.

ویلهم وین، فاجعه فرو سرخ

در سال 1896 میلادی قانون توضیع تابش جدیدی را ارائه کرد. پلانک، که در زمان انجام این پروسه همکار وین بود، بعدها، در سال 1900 میلادی، تئوری کوانتوم را بر این اساس پایه گذاری کرد که قانون وین اگر چه برای فرکانس های بالا درست عمل می کند اما در مورد فرکانس های پایین کاملا شکست خورده و ناکارآمد است.

انرژی کوانتیده است

ماکس پلانک (1947-1858) ،آلمان. قانون توضیع انرژی در طیف نرمال:

گزاره پیش فرض…                               E = hf

 

و همچنین(از فرمول انیشتین داریم)                p = h/ λ                                                   

حال می خواهیم معادله طیف جسم سیاه را استخراج کنیم.

قانون پلانک شامل فرمولی است که تابش طیفی یک جسم در دمای معین را بر اساس تابعی از فرکانس(L f) و یا تابعی از طول موج(L λ) بیان می کند. فرمول مذکور دارای واحدی بر حسب توان بر استرادیان در سطح مقطع در فرکانس و یا توان بر استرادیان در سطح مقطع در متر(طول موج)، می باشد. 

  وقتی که این توابع در مجموع زاویه فضایی یک گوی( 4 استرادیان) ضرب شوند، به فرمول تابش طیفی (Ef or Eλ) دست پیدا می کنیم. این توابع دارای یکاهایی برحسب توان بر سطح مقطع در فرکانس و یا توان بر سطح مقطع در متر (طول موج)، می باشند:

اگر از دو طرف معادله فوق در بازه صفر تا بینهایت انتگرال گیری کنیم، نتیجه آن فرمول تابش و یا توان بر مساحت سطح مقطع است:

جواب معادله فوق برابر است با :

به مجموع جملات کسر ضرب شده در دما، ثابت استفان گفته می شود.

با جایگزینی این ثابت در فرمول اصلی و ضرب مساحت سطح مقطع در دو طرف معادله، به معادله قانون استفان-بولتزمن می رسیم:

از معادله قانون پلانک بر حسب طول موج مشق گیری می کنیم تا ماکزیمم نقطه طول موج،به عنوان تابعی از دما، معین شود.

از حل معادله فوق داریم:

جاییکه  از حل معادله غیر جبری زیر بدست می آید:

x = 4.965114231744276303698759131322893944055584986797250972814…

از ترکیب تمامی این ثابت ها در ثابت وین داریم:

و در نهایت قانون جابجایی وین که به شرح زیر است:

علاوه بر این ،لازم است تا Un (انرژی کل تابشی از جسم سیاه)به عنوان کمیت پیوسته ای که بطور نا محدود تفکیک پذیر می باشد،تفسیر نگردد. بلکه می باید آنرا کمیت گسسته ای از مقداری صحیح که خود شامل قسمت های متناهی برابر است، تعریف نمود. 

 

قانونی که در مورد دمای موثر بحث می کند. هیچ شیئی طیف تابشی جسم سیاه را بطور کامل و بی نقص گسیل نمی کند. همواره تغییراتی در منحنی تابش حاصل از تئوری  وجود خواهد داشت.مساحت زیر منحنی شدت طول موج برای منبع موجود تابش را برابر با مساحت زیر منحنی شدت طول موج برای جسم سیاه ایده آل قرار داده و معادله را برای بدست آوردن دمای مربوطه حل کنید. دمای موثر یک شیئ برابر است با دمای جسم سیاه ایده آل که انرژی را هم مرتبه شیئ موجود تابش می کند. قسمت های مختلف خورشید هم دارای دماهای متفاوتی هستند. از ترکیب آن ها ، دمای موثر خورشید برابر با 5778

خانم ها و آقایان،آکادمی سلطنتی علوم تصمیم گرفته است ، جایزه نوبل فیزیک را در سال 1918 ، به دکتر ماکس پلانک،پروفسور در دانشگاه برلین ، برای کار ایشان در زمینه تثبیت و گسترش تئوری کوانتای اولیه ، تقدیم کند. از زمانی که کیرشهف به ما این مژده را داد که ” شدت تابش از یک جسم سیاه تنها به طول موج تابش و دمای جسم تابش کننده بستگی دارد “، پیش بینی تئوریکال رفتار تابشی، منشا پدید آمدن بسیاری از کشف های نوآورانه شده است. در اینجا ذکر این نکته را لازم میدانم که به اصل دوپلر اشاره کنم که باعث تغییر برداشت ما از طبیعت نور گردید بطوریکه در حال حاضر در تئوری الکترومغناطیسی نور که بوسیله مرد بزرگ علم ، ماکسول ، فرمول نویسی گردید و الهام گیری از قانون استفان بوسیله بولتزمن و در نهایت قانون تابش وین ، اثرات آنرا مشاهده می کنیم.همانطور که از قبل هم مشخص بود،این موضوع نمی توانست دقیقا با واقعیت تطابق داشته باشد،اما در واقع یک ترجیح بود، همانند آن قانون تابشی که توسط لرد ریلی مطرح گردید، در حقیقت پلانک به جستجوی مورد خاصی از قانون کلی تابش پرداخت و در نهایت در سال 1900 ، فرمول ریاضی برای آن نوشت و تئوری خودرا بر طبق همین فرمول ها بسط داد.فرمول شامل دو ثابت بود، اولی عدد مولکول های موجود در یک گرم مولکول از ماده را معرفی می نمود. پلانک همچنین اولین شخصی است که از طریق رابطه ای که ارائه داد،موفق به محاسبه بسیار دقیق عددی ثابت معروف به عدد آووگادرو گردید.ثابت دوم،ثابت پلانک بود، که پس از مطرح کردن آن توسط ایشان مشخص گردید که شاید اهمیتی بیشتر از ثابت اول نیز دارد. رابطه  ، جاییکه  فرکانس لرزش تابش می باشد،در واقع کوچک ترین مقدار گرمایی می باشد که در فرکانس لرزشی  قابل تابش می باشد.این نتیجه گیری تئوریکال بطور کاملا صریح در مقابل برداشت اولیه ما از پدیده تابش قرار می گیرد.اما نتایج تجربی بدست آمده بعدی، موجب پذیرش همگانی تئوری تابش پلانک گردید.

 

کلوین بدست می آید.

 

سخنرانی دکتر اکستراند، رئیس آکادمی سلطنتی علوم سوئد در هنگام معرفی برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1918 میلادی.

 

با بهره گیری از مکانیک استاتیک، پلانک موفق به استخراج معادله ای شبیه به معادله ریلی – جینز گردید، اما با اضافه نمودن پارامتری تنظیم کننده به آن،پارامتر . پلانک دریافت که برای مقدار  ، داده ناشی از تجربه، قابل بازآوری است. با همه این تفسیر، پلانک قادر به ارائه توجیهی برای فرض خود مبنی بر کوانتیده بودن انرژی نبود. فیزیکدان ها ایده اورا در خصوص کوانتیده بودن انرژی جدی نگرفتند، تا زمانیکه انیشتین برای توضیح اثر فوتوالکتریک،متوسل به همان فرضی شد که چندی پیش پلانک آنرا مطرح کرده بود.

 

101,048 دیدگاه برای «تابش جسم سیاه»

  • آگوست 27, 2025 در t 7:47 ق.ظ
    Permalink

    Затяжной запой опасен для жизни. Врачи наркологической клиники в Нижнем Новгороде проводят срочный вывод из запоя — на дому или в стационаре. Анонимно, безопасно, круглосуточно.
    Исследовать вопрос подробнее – вывод из запоя на дому круглосуточно нижний новгород

  • آگوست 27, 2025 در t 7:48 ق.ظ
    Permalink

    Мы предлагаем быструю и конфиденциальную скупку антиквариата с бесплатной онлайн-оценкой по фото и возможностью выезда эксперта по всей России. Продайте иконы, картины, серебро, монеты, фарфор и ювелирные изделия дорого и безопасно напрямую коллекционеру. Узнайте подробности и оставьте заявку на https://xn—-8sbaaajsa0adcpbfha1bdjf8bh5bh7f.xn--p1ai/ — оценка занимает до 15 минут, выплата сразу наличными или на карту.

  • آگوست 27, 2025 در t 8:04 ق.ظ
    Permalink

    Близкий человек в запое? Не ждите ухудшения. Обратитесь в клинику — здесь проведут профессиональный вывод из запоя с последующим восстановлением организма.
    Получить дополнительную информацию – помощь вывод из запоя самара

  • آگوست 27, 2025 در t 8:15 ق.ظ
    Permalink

    В Самаре решение есть — наркологическая клиника. Здесь помогают людям выйти из запоя без страха и осуждения. Всё анонимно, грамотно и с заботой о каждом пациенте.
    Исследовать вопрос подробнее – анонимный вывод из запоя

  • آگوست 27, 2025 در t 8:27 ق.ظ
    Permalink

    Ищете идеальные цветы для признания в чувствах? В салоне «Флорион» вы найдете букеты для любимой на любой вкус: от нежных пастельных до ярких эффектных композиций в коробках, корзинах и шляпных коробках. Свежесть, профессиональная сборка и оперативная доставка по Москве гарантированы. Выбирайте готовые варианты или закажите индивидуальный дизайн по предпочтениям адресата. Перейдите на страницу https://www.florion.ru/catalog/cvety-lyubimoy и оформите заказ за минуту.

  • آگوست 27, 2025 در t 8:49 ق.ظ
    Permalink

    Детская школа искусств https://elegy-school.ru обучение музыке, танцам, изобразительному и театральному искусству. Творческие программы для детей, концерты, конкурсы и развитие талантов.

  • آگوست 27, 2025 در t 8:52 ق.ظ
    Permalink

    Детская школа искусств https://elegy-school.ru обучение музыке, танцам, изобразительному и театральному искусству. Творческие программы для детей, концерты, конкурсы и развитие талантов.

  • آگوست 27, 2025 در t 9:00 ق.ظ
    Permalink

    Hi there everyone, it’s my first pay a visit at this
    web site, and paragraph is truly fruitful in favor of me,
    keep up posting these types of articles or reviews.

  • آگوست 27, 2025 در t 9:02 ق.ظ
    Permalink

    В этой статье вы найдете познавательную и занимательную информацию, которая поможет вам лучше понять мир вокруг. Мы собрали интересные данные, которые вдохновляют на размышления и побуждают к действиям. Открывайте новую информацию и получайте удовольствие от чтения!
    Читать дальше – https://mntennis.com/index.php/2018/05/13/practicing-backhand-slice-and-backhand-volley

  • آگوست 27, 2025 در t 9:02 ق.ظ
    Permalink

    Авторские курсы по REVIT https://dashclass.ru обучение созданию интерьеров и архитектурных проектов. Практика, реальные кейсы, индивидуальный подход и профессиональные навыки для работы в проектировании.

  • آگوست 27, 2025 در t 9:06 ق.ظ
    Permalink

    Авторские курсы по REVIT https://dashclass.ru обучение созданию интерьеров и архитектурных проектов. Практика, реальные кейсы, индивидуальный подход и профессиональные навыки для работы в проектировании.

  • آگوست 27, 2025 در t 9:23 ق.ظ
    Permalink

    Затяжной запой опасен для жизни. Врачи наркологической клиники в Нижнем Новгороде проводят срочный вывод из запоя — на дому или в стационаре. Анонимно, безопасно, круглосуточно.
    Ознакомиться с деталями – вывод из запоя вызов на дом

  • آگوست 27, 2025 در t 10:08 ق.ظ
    Permalink

    Ledger Wallet guarantees strong hardware-level protection. Ledger Live complements it with secure tools for managing DeFi tokens and NFTs.
    Ledger live usa official

  • آگوست 27, 2025 در t 10:11 ق.ظ
    Permalink

    Каждый день запоя увеличивает риск для жизни. Не рискуйте — специалисты в Нижнем Новгороде приедут на дом и окажут экстренную помощь. Без боли, стресса и ожидания.
    Изучить вопрос глубже – врач вывод из запоя нижний новгород

  • آگوست 27, 2025 در t 10:27 ق.ظ
    Permalink

    Близкий человек в запое? Не ждите ухудшения. Обратитесь в клинику — здесь проведут профессиональный вывод из запоя с последующим восстановлением организма.
    Ознакомиться с деталями – вывод из запоя клиника самара

  • آگوست 27, 2025 در t 11:01 ق.ظ
    Permalink

    В этой статье вы найдете познавательную и занимательную информацию, которая поможет вам лучше понять мир вокруг. Мы собрали интересные данные, которые вдохновляют на размышления и побуждают к действиям. Открывайте новую информацию и получайте удовольствие от чтения!
    Неизвестные факты о… – https://kmzic.com/urban-water-supply

  • آگوست 27, 2025 در t 11:04 ق.ظ
    Permalink

    В этом обзоре мы обсудим современные методы борьбы с зависимостями, включая медикаментозную терапию и психотерапию. Мы представим последние исследования и их результаты, чтобы читатели могли быть в курсе наиболее эффективных подходов к лечению и поддержке.
    Получить больше информации – https://kozhica.ru/safehair/narkologicheskaya-klinika-v-lyubertsah-novye-podhody-k-lecheniyu.html

  • آگوست 27, 2025 در t 11:06 ق.ظ
    Permalink

    В этом информативном тексте представлены захватывающие события и факты, которые заставят вас задуматься. Мы обращаем внимание на важные моменты, которые часто остаются незамеченными, и предлагаем новые перспективы на привычные вещи. Подготовьтесь к тому, чтобы быть поглощенным увлекательными рассказами!
    Ознакомиться с деталями – https://ltemachinery.ie/about-weibang-professional

  • آگوست 27, 2025 در t 11:54 ق.ظ
    Permalink

    Предлагаем вашему вниманию интересную справочную статью, в которой собраны ключевые моменты и нюансы по актуальным вопросам. Эта информация будет полезна как для профессионалов, так и для тех, кто только начинает изучать тему. Узнайте ответы на важные вопросы и расширьте свои знания!
    Все материалы собраны здесь – https://szblooms.com/shop/preorder-bordallo-pinheiro-cloudy-butterflies-dinner-plate-29-cm

  • آگوست 27, 2025 در t 11:55 ق.ظ
    Permalink

    Stake delivers a clean, mobile-first casino experience with a catalogue of popular slots https://techgeel.com/

  • آگوست 27, 2025 در t 12:01 ب.ظ
    Permalink

    Please let me know if you’re looking for a article author for your site.
    You have some really great articles and I feel I would be a good asset.
    If you ever want to take some of the load off, I’d really like to write some content for your blog in exchange
    for a link back to mine. Please shoot me an email if interested.
    Kudos!

  • آگوست 27, 2025 در t 12:06 ب.ظ
    Permalink

    Быстрая доставка в отдаленные районы! Всегда вовремя!
    букеты томск

  • آگوست 27, 2025 در t 12:22 ب.ظ
    Permalink

    Новогодний букет пах мандаринами и счастьем – лучшее начало года!

    купить цветы томск

  • آگوست 27, 2025 در t 12:34 ب.ظ
    Permalink

    Wow, that’s what I was searching for, what a
    stuff! existing here at this website, thanks admin of this website.

  • آگوست 27, 2025 در t 12:38 ب.ظ
    Permalink

    Изумительный букет! Гости фотографировали весь вечер!
    букеты томск

  • آگوست 27, 2025 در t 12:56 ب.ظ
    Permalink

    May I simply say what a relief to discover someone that really understands what they’re talking
    about on the web. You actually understand how to bring a problem to light and make it important.
    More people must check this out and understand this side of the story.

    It’s surprising you’re not more popular given that
    you definitely have the gift.

  • آگوست 27, 2025 در t 1:02 ب.ظ
    Permalink

    Публикация предлагает уникальную подборку информации, которая будет интересна как специалистам, так и широкому кругу читателей. Здесь вы найдете ответы на часто задаваемые вопросы и полезные инсайты для дальнейшего применения.
    Обратиться к источнику – http://rk-baza.ru

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.