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.

 

99,193 دیدگاه برای «تابش جسم سیاه»

  • اکتبر 30, 2025 در t 3:12 ق.ظ
    Permalink

    Can I simply just say what a relief to find somebody
    that genuinely understands what they are talking about on the net.
    You actually know how to bring a problem to light and make it important.

    More people really need to check this out
    and understand this side of the story. I was surprised
    that you are not more popular given that you surely
    possess the gift.

  • اکتبر 30, 2025 در t 5:27 ق.ظ
    Permalink

    Промокод Melbet – это набор случайных или подобранных символов, которые позволяют новому игроку принять участие в акциях и получить подарки от БК Мелбет. К примеру, в 2026 году Мелбет промокод предлагает бонус 50 000 рублей на счет при регистрации. При выборе букмекерской конторы пользователи обращают внимание не только на маржу или коэффициенты, но и обязательно оценивают текущие акции. Крупные операторы предлагают бонусы на первый депозит, программу лояльности, фрибеты и другие виды поощрений. Бонусный код является самым распространённым видом привлечения клиентов в популярных букмекерских конторах. Чаще всего промокод Melbet представляет собой рандомный порядок букв и цифр, которые вводят в специальное поле в форме регистрации на сайте. Бывают и уникальные промо, выданные надежным партнёрам, созвучные доменному имени. Мелбет промокод на сегодня позволяет получить повышенный бонус на первый депозит в размере 100% и бесплатную ставку на 400 RUB или фрибет на $30.

  • اکتبر 30, 2025 در t 12:11 ب.ظ
    Permalink

    If you desire to take a great deal from this piece of writing then you have to apply such
    methods to your won website.

  • اکتبر 30, 2025 در t 2:20 ب.ظ
    Permalink

    Этот обзор дает возможность взглянуть на историю и науку под новым углом. Мы представляем редкие факты, неожиданные связи и значимые события, которые помогут вам глубже понять развитие цивилизации и роль человека в ней.
    Полезно знать – https://colombiaexports.net/aspectos-tecnicos-del-banano

  • اکتبر 30, 2025 در t 2:40 ب.ظ
    Permalink

    Undeniably believe that that you said. Your favorite justification seemed to be at the
    internet the easiest factor to take note of.
    I say to you, I definitely get irked whilst other folks consider concerns that
    they plainly don’t realize about. You managed to hit the nail upon the top and outlined out the whole thing with no need side-effects , other folks could take a signal.
    Will likely be back to get more. Thank you

  • اکتبر 30, 2025 در t 5:44 ب.ظ
    Permalink

    It’s the best time to make a few plans for the future and it’s time
    to be happy. I’ve learn this put up and if I may just I desire to counsel you some fascinating things or suggestions.

    Perhaps you can write next articles relating to this article.
    I desire to read more issues about it!

  • اکتبر 30, 2025 در t 6:37 ب.ظ
    Permalink

    Ваши фото праздничных композиций вдохновили на заказ роз с эвкалиптом на Новый год – пахло свежестью и праздником!
    доставка цветов

  • اکتبر 30, 2025 در t 7:32 ب.ظ
    Permalink

    Бесит разбираться в ремонтных советах! Подавляющее большинство — это либо скрытая реклама, или устаревшие методики. Пока не обнаружил на подборку, где систематизировали исключительно полезные ресурсы: с практическими примерами, официальными нормативами и без лишней информации. Теперь хоть не трачу дни на поиски
    Каталог

  • اکتبر 30, 2025 در t 10:26 ب.ظ
    Permalink

    Ненавижу разбираться в ремонтных советах! 90% — это или скрытая реклама, либо технологии 90-х. Пока не наткнулся на каталог, где систематизировали только полезные ресурсы: с живыми отзывами, нормативками и без воды. Теперь экономлю кучу времени
    Сайт

  • اکتبر 31, 2025 در t 4:05 ق.ظ
    Permalink

    What’s up to every body, it’s my first pay a visit of this webpage; this
    web site contains remarkable and in fact excellent material in favor of readers.

  • اکتبر 31, 2025 در t 6:52 ق.ظ
    Permalink

    Домашняя помощь — это клиника, перенесённая в тихую комнату. Знакомая обстановка снижает тревогу, исчезают пробки и ожидание, нет «социального шума». Врач «ПрофДетокса» приезжает без эмблем, действует спокойно и последовательно, объясняет каждое назначение простым языком. Мы не используем мифические смеси. Состав и темп капельницы подбираются под текущие показатели — давление, пульс, сатурация, выраженность тремора и тошноты, уровень тревоги, данные о лекарствах, которые человек успел принять за двое суток. Такой подход даёт не минутное облегчение, а устойчивую динамику на сутки и неделю.
    Подробнее – http://narkolog-na-dom-ivanteevka8.ru/

  • اکتبر 31, 2025 در t 5:28 ب.ظ
    Permalink

    Мы создаем интернетсайты, которые привлекают клиентов и увеличивают продажи.

    Почему целесообразно выбрать нас?
    Актуальный дизайн, который привлекает взгляд
    Адаптация под все устройства (ПК, смартфоны, планшеты)
    SEO-оптимизация для роста в поисковиках
    Скорость загрузки — никаких медленных страничек

    Особое предложение:
    Первым 2 заказчикам — скидка 5% на разработку сайта!

    Готовы обсудить проект?
    Позвоните нам!
    Сайт

  • اکتبر 31, 2025 در t 10:50 ب.ظ
    Permalink

    First off I want to say fantastic blog! I had a quick question which I’d like
    to ask if you do not mind. I was interested to find
    out how you center yourself and clear your mind prior to
    writing. I’ve had a hard time clearing my mind in getting
    my thoughts out. I do enjoy writing but it just seems like the first 10 to 15 minutes tend to
    be lost simply just trying to figure out how to begin. Any suggestions or
    hints? Kudos!

  • اکتبر 31, 2025 در t 11:18 ب.ظ
    Permalink

    Здравствуйте, коллеги! Сегодня хочу затронуть любопытную тему — сервисы создания
    маршрутов из города А в город Б.
    Долго интересуюсь этой темой и
    решил поделиться своими выводами и
    опытом использования подобных платформ, которые значительно упрощают планирование поездок и помогают
    сохранять время.

    Среди ключевых моментов таких сервисов является их [b]простота и надежность[/b].
    Современные приложения не просто демонстрируют кратчайший путь, они рассматривают пробки, дорожные работы и время в пути, что
    делает подготовку поездки крайне удобным.
    Также следует отметить значимость наличия полной информации
    о пересадках и альтернативных маршрутах,
    что часто помогает избежать
    неожиданных опозданий и выбрать наилучший
    вариант передвижения.

    Резюмируя, можно сказать, что нынешние сервисы навигации становятся незаменимыми
    помощниками для путешественников и жителей больших городов.
    А как вы считаете? Какой у вас был опыт в использовании таких приложений и что бы вы смогли бы добавить по этому поводу?

    Будет интересно услышать ваше мнение и рекомендации!

    Cody

  • اکتبر 31, 2025 در t 11:47 ب.ظ
    Permalink

    Hi there, just became aware of your blog through Google, and found
    that it is really informative. I am gonna watch out for brussels.

    I’ll be grateful if you continue this in future. Numerous people will be benefited from your writing.
    Cheers!

  • نوامبر 1, 2025 در t 12:24 ق.ظ
    Permalink

    Greetings! Very helpful advice in this particular article!
    It’s the little changes that will make the greatest changes.
    Many thanks for sharing!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.