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.

 

36,064 دیدگاه برای «تابش جسم سیاه»

  • آوریل 25, 2024 در t 6:48 ق.ظ
    Permalink

    Hello! I could have sworn I’ve been to this blog before but after browsing through some of the post I realized it’s new to me.Seo Paketi Skype: By_uMuT@KRaLBenim.Com -_- live:by_umut

  • آوریل 25, 2024 در t 10:04 ق.ظ
    Permalink

    ויוצרים משהו אחר עבורכם והכול בזכות העיסוי הזה שאתם בוחרים הרחק מכל הקשיים של חייכם. לא צריך להיות אובדי עצות, צריך רק להשיג וליהנות מדברים קטנים שיכולים לשפר את איכות חייכם לבלתי היכר. בואו למקום הסודי שאתם בוחרים מבלי שאף אחד יידע כדי לקבל עיסוי ליווי סקס

  • آوریل 25, 2024 در t 6:22 ب.ظ
    Permalink

    Merhaba, oyun toplulugunun yoldaslar! oyuncaklar kendime ait zevk sizinle anlatmak istiyorum reelgrrls.org! Bu, sizi carp?c? dolu bir dunyaya tamamen gitmeye zorlayan tamamen muhtesem bir macera. gizemler, entrikalar ve buyuleyici anlar. Kesinlikle, ReelGrrls sizin dikkat deger.

  • آوریل 25, 2024 در t 9:12 ب.ظ
    Permalink

    The ideas presented in your blog post align well with those on our site.

  • آوریل 25, 2024 در t 10:53 ب.ظ
    Permalink

    Kumar dünyasının kapılarını araladığınız için teşekkür ederiz. En güvenilir casino sitelerini arıyorsanız, doğru yerdesiniz. Kumar tutkunları için, canlı casino deneyiminden rulet ve blackjack oyunlarına kadar geniş bir yelpazede hizmet sunuyoruz.

  • آوریل 25, 2024 در t 11:52 ب.ظ
    Permalink

    Medicine information. Drug Class.
    zoloft
    Some what you want to know about drug. Read here.

  • آوریل 25, 2024 در t 11:56 ب.ظ
    Permalink

    ליווי במרכז ימלאו אתכם באנרגיות חיוביות ויממשו לכם את כל הפנטזיות הכי פרועות שלכם, בבילוי מסעיר שישאיר לכם טעם של עוד. אזור המרכז נגיש לכל הארץ עוד יתרון של אזור המרכז הוא הנגישות הרבה שלו לכל אזור בארץ. זה אומר שאם אתם נמצאים באזור אבל צריכים להגיע דירות דיסקרטיות לפי מיקום

  • آوریل 26, 2024 در t 3:42 ق.ظ
    Permalink

    Everything is very open and very clear explanation of issues. was truly information.Seo Paketi Skype: By_uMuT@KRaLBenim.Com -_- live:by_umut

  • آوریل 26, 2024 در t 3:42 ق.ظ
    Permalink

    Good info. Lucky me I reach on your website by accident, I bookmarked it. Seo Paketi Skype: By_uMuT@KRaLBenim.Com -_- live:by_umut

  • آوریل 26, 2024 در t 3:43 ق.ظ
    Permalink

    Hi, just required you to know I he added your site to my Google bookmarks due to your layout. But seriously, I believe your internet site has 1 in the freshest theme I??ve came across.Seo Paketi Skype: By_uMuT@KRaLBenim.Com -_- live:by_umut

  • آوریل 26, 2024 در t 4:13 ق.ظ
    Permalink

    Harika kaliteli yayın ve donma yok maclari burdan izleyin tavsiye ederim

  • آوریل 26, 2024 در t 8:59 ق.ظ
    Permalink

    המסאז’ ועד למקומות בהם ייגעו בך. אנחנו מזמינים אותך לעבור על המודעות באתר, למצוא את המודעות הרלוונטיות עבורך וליהנות מחוויה שקשה לתאר אבל כל כך קל לחוות נערות ליווי במרכז נערות ליווי במרכז הן ללא ספק משאלת לבו של כל אחד, ואפילו של כל אחת. הן בעלות מקצוע מכוני סקס וכל הפינוקים למתעניינים

  • آوریل 26, 2024 در t 11:21 ق.ظ
    Permalink

    Best Games to Win Money in Kenya
    best online casino games kenya [url=https://levine.co.ke/best-online-games-that-pay-real-money-in-kenya]best online casino games kenya[/url] .

  • آوریل 26, 2024 در t 12:57 ب.ظ
    Permalink

    This post was a real eye-opener. Excellent work!

  • آوریل 26, 2024 در t 1:01 ب.ظ
    Permalink

    Приветствуем вас в мир ставок с БК Лига Ставок! Процесс регистрации и входа в личный кабинет созданы для обеспечения простоты и безопасности каждого пользователя. Ligastavok ru вход – легко и быстро, и это открывает доступ к многочисленным возможностям: от ставок на спорт до участия в акциях и получения бонусов.
    Начните с нескольких легких шагов для регистрации: заполните обязательные поля формы, подтвердите свою электронную почту и номер телефона, и вы на пути к успеху! После регистрации, войдите в личный кабинет с помощью полученных данных – и весь мир ставок БК Лига Ставок окажется у вас под рукой.
    Ваш личный кабинет – это командный пункт вашими ставками, где вы можете легко управлять своим балансом, участвовать в играх, просматривать историю транзакций, а также получать эксклюзивные предложения и уведомления о предстоящих событиях. Не теряйте времени – присоединяйтесь к БК Лига Ставок уже сегодня и погрузитесь в мир ставок с комфортом и уверенностью!

  • آوریل 26, 2024 در t 1:17 ب.ظ
    Permalink

    Everything is very open and very clear explanation of issues. was truly information.Seo Paketi Skype: By_uMuT@KRaLBenim.Com -_- live:by_umut

  • آوریل 26, 2024 در t 1:18 ب.ظ
    Permalink

    After all, what a great site and informative posts, I will upload inbound link – bookmark this web site? Regards, Reader.Seo Paketi Skype: By_uMuT@KRaLBenim.Com -_- live:by_umut

  • آوریل 26, 2024 در t 7:33 ب.ظ
    Permalink

    Рады представить запуск новой версии мобильного приложения БК Лига Ставок для Android! Этот выпуск существенно улучшает ваш досуг с ставками, делая его более понятным и эффективным. Лига ставок скачать бесплатно для игроков без исключения! В обновлении вы найдете свободу доступа к многообразию спортивных мероприятий прямо с вашего смартфона. Усовершенствованное управление профилем, инновационная концепция дизайна для простой навигации и увеличенная скорость работы приложения – всё это создано для вас. Присоединяйтесь к числу воодушевленных пользователей и наслаждайтесь возможностями от ставок в любой точке планеты и в любое время. Скачайте обновление приложения БК Лига Ставок уже сегодня и выходите на новый уровень ставок!

  • آوریل 26, 2024 در t 7:33 ب.ظ
    Permalink

    Анонсируем запуск новой версии мобильного приложения БК Лига Ставок для Android! Этот выпуск существенно улучшает ваш досуг с ставками, делая его более понятным и динамичным. Мобильное приложение лига ставок для андроид для игроков без исключения! В обновлении вы найдете прямой доступ к огромному ассортименту спортивных мероприятий прямо с вашего смартфона. Улучшенное управление профилем, передовая концепция дизайна для простой навигации и значительно более высокая скорость работы приложения – всё это создано для вас. Станьте частью довольных пользователей и получайте удовольствие от ставок где только захотите и в любой момент. Установите обновление приложения БК Лига Ставок уже сегодня и выходите на новый уровень игры!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.