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.

 

104,225 دیدگاه برای «تابش جسم سیاه»

  • آگوست 25, 2024 در t 2:41 ب.ظ
    Permalink

    This piece of writing is really a pleasant one it helps new the web users,
    who are wishing in favor of blogging.

  • آگوست 25, 2024 در t 4:28 ب.ظ
    Permalink

    One of the major features of boomerang bet is its lucrative welcome bonuses, which give new players an excellent head start. With up to 500€ in bonuses and frequent promotions, there’s always something to enjoy. The casino is focused to providing a safe and reliable environment, utilizing advanced encryption technologies to secure your data and transactions.

  • آگوست 25, 2024 در t 4:52 ب.ظ
    Permalink

    Boomerang Casino is an thrilling web-based platform built for individuals who seek exhilarating gaming experiences in a protected and easy-to-use setting. The casino provides a extensive range of titles, such as vintage slots, real-time dealer games, and various board games. Catering to an worldwide audience, boomerang casino app provides multilingual support and a selection of payment methods, including debit cards, e-wallets, and crypto payments.

  • آگوست 25, 2024 در t 5:25 ب.ظ
    Permalink

    Brawl Stars Çift Hesaplaşma Modu İçin En İyi Karakterler!

    Merhaba Brawl Stars tutkunları! Bugünkü videomuzda, Çift Hesaplaşma modunda üstün performans gösterebileceğiniz en uygun karakterleri sizlerle paylaşıyoruz.
    Bu videoda, farklı haritalar ve stratejiler için hangi karakterlerin en iyi
    seçenekler olduğunu tartışıyor, karakterlerin avantajlarını ve dezavantajlarını değerlendiriyoruz.

    https://www.youtube.com/watch?v=Ro7fVvpwQ3g

  • آگوست 25, 2024 در t 6:03 ب.ظ
    Permalink

    Прокат автобусов в СПб на выгодных условиях, арендовать для трансфера.
    Доступные цены на аренду автобуса в СПб, выбирайте нашими услугами.
    Лучшие автобусы для аренды в СПб, перевозите группу с комфортом.
    Организуйте праздник с нашим автобусом в СПб, весело и ярко.
    Удобный трансфер в Санкт-Петербурге на автобусе, пунктуально и качественно.
    Аренда автобуса для корпоративного мероприятия в СПб, профессионально и креативно.
    Индивидуальный тур на арендованном автобусе по СПб, увлекательно и запоминающе.
    Аренда автобуса для школьной поездки в Санкт-Петербурге, безопасно и познавательно.
    Аренда автобуса для свадьбы в СПб, сказочно и беззаботно.
    Руководство по выбору транспорта для аренды в СПб, важные рекомендации от наших экспертов.
    Экономные варианты аренды автобуса в СПб, без ущерба качеству.
    Полный список услуг при аренде автобуса в СПб, подробно изучите перед заказом.
    Преимущества аренды автобуса с шофером в Санкт-Петербурге, подробное сравнение.
    Стоимость аренды автобуса в СПб – на что обратить внимание, важные аспекты.
    Маленький автобус в аренду для поездки по Санкт-Петербургу, удобно и экономно.
    Прокат автобуса для музыкального фестиваля в СПб, под музыку и веселье.
    Вечеринка на автобусе в СПб
    аренда микроавтобуса спб https://arenda-avtobusa-v-spb.ru/ .

  • آگوست 25, 2024 در t 6:20 ب.ظ
    Permalink

    Женский проект https://viplady.kyiv.ua о моде, красоте, стиле и здоровье, светская жизнь, диеты и рецепты

  • آگوست 25, 2024 در t 8:09 ب.ظ
    Permalink

    Does your blog have a contact page? I’m having problems locating it but,
    I’d like to shoot you an e-mail. I’ve got some recommendations for your blog you might be interested in hearing.
    Either way, great site and I look forward to seeing it expand over time.https://trello.com/u/peted48758/

  • آگوست 25, 2024 در t 8:32 ب.ظ
    Permalink

    Услуги по аренде спецтехники в Москве, по выгодным ценам.
    Лучшие предложения по аренде техники в столице, для вашего удобства.
    Выбор прокатных услуг в Москве, готовы к сотрудничеству.
    Эффективные решения для строительства, под заказ в Москве.
    Сравните цены на аренду экскаватора-погрузчика в Москве, заказывайте у нас.
    Основные преимущества аренды экипировки, в столице.
    Экономьте время и деньги, заказывайте доступную технику.
    Аренда экскаватора-погрузчика в Москве: важная информация, под заказ у нас.
    Лучшие предложения для строительства, у нас в сервисе.
    Экскаватор-погрузчик на время в Москве, у нас в сервисе.
    Как сэкономить на строительстве, в столице.
    Как выбрать экскаватор-погрузчик для аренды в Москве?, в столице.
    Аренда экскаватора-погрузчика в Москве: лучшие предложения, в Москве.
    Плюсы и минусы проката техники, у нас в сервисе.
    Экскаватор-погрузчик в аренду в Москве: оптимальное решение, в Москве.
    Срочная аренда экскаватора-погрузчика в Москве: где заказать?, в столице.
    Выбор техники для строительных работ, в Москве.
    Оптимальные условия аренды, у нас в сервисе.
    взять в аренду экскаватор погрузчик https://arenda-ekskavatora-pogruzchika197.ru/ .

  • آگوست 25, 2024 در t 9:55 ب.ظ
    Permalink

    онлайн журнал https://vsegladko.net о моде и красоте: тренды и модные битвы, призы, новости с красных дорожек, эксперты красоты и гороскопы

  • آگوست 25, 2024 در t 9:58 ب.ظ
    Permalink

    Сайт для женщин https://womanclub.kyiv.ua о моде, красоте, здоровье, психологии и отношениях. Новые коллекции, фотогалереи с модных показов.

  • آگوست 25, 2024 در t 11:05 ب.ظ
    Permalink

    Оптимальный вариант аренды автобуса в СПб|Комфорт и безопасность в аренде автобуса в СПб|Выбирайте из разнообразных моделей автобусов для аренды в Санкт-Петербурге|Найдите лучшие предложения по аренде автобусов в Санкт-Петербурге|Организуйте комфортную доставку гостей с помощью аренды автобуса в Санкт-Петербурге|Легко и быстро арендовать автобус в СПб|Насладитесь туристическими достопримечательностями Санкт-Петербурга на комфортабельном автобусе|Аренда автобуса для корпоративных мероприятий в СПб|Аренда автобуса для свадеб в СПб|Комфортный и безопасный транспорт – наши автобусы в аренде в СПб|Современные технологии и удобства наших автобусов в аренде в СПб|Разнообразие поездок на автобусе в СПб|Скидки и акции на аренду автобусов в СПб|Адаптируйте маршрут поездки по Санкт-Петербургу под свои потребности с помощью аренды автобуса|24/7 поддержка для клиентов аренды автобусов в СПб|Комфортабельные поездки на арендованных автобусах в СПб|Гибкая система тарифов на аренду автобуса в СПб|Безопасная и законная аренда автобусов в СПб|Интересные предложения для аренды автобуса в СПб|Моментальное оформление аренды автобуса
    аренда автобуса с водителем спб https://arenda-avtobusa-178.ru/ .

  • آگوست 25, 2024 در t 11:28 ب.ظ
    Permalink

    Boomerang Casino is an thrilling web-based platform designed for players who seek exhilarating betting experiences in a secure and easy-to-use environment. The site offers a extensive variety of titles, including vintage slots, live games, and multiple card games. Catering to an worldwide audience, casino boomerang offers multilingual support and a wide range of payment options, including credit cards, e-wallets, and crypto payments.

  • آگوست 26, 2024 در t 12:28 ق.ظ
    Permalink

    Another appealing aspect of boomerang login is its focus to responsible gambling. The casino provides players with features and support to control their gambling behavior effectively, ensuring a healthy balance between fun and responsible gaming. The customer support team is also on hand to support with any problems or queries, providing fast and high-quality service to enhance the overall user experience.

  • آگوست 26, 2024 در t 12:34 ق.ظ
    Permalink

    In summary boomerang-bet casino is more than just a casino; it’s a comprehensive gaming hub that delivers something for everyone. Whether you’re playing for the thrill of the game or the joy of winning, boomerangde.com is the perfect choice. Don’t miss out—register today and start exploring all the fantastic opportunities that await!

  • آگوست 26, 2024 در t 1:29 ق.ظ
    Permalink

    Жіночий портал https://womanportal.kyiv.ua сучасна мода, тренд, стиль; корисні поради; секрети гарної постаті; уроки макіяжу

  • آگوست 26, 2024 در t 1:32 ق.ظ
    Permalink

    Клуб владельцев Лада Гранта https://lada-granta-club.ru отзывы реальных владельцев, фото и цена автомобиля, комплектации и характеристики.

  • آگوست 26, 2024 در t 1:32 ق.ظ
    Permalink

    Клуб KIA K5 https://kia-k5-club.ru отзывы владельцев, цена и комплектации, характеристики и фото автомобиля.

  • آگوست 26, 2024 در t 1:36 ق.ظ
    Permalink

    Экономьте время и деньги с арендой трактора,
    Надежные тракторы для аренды,
    Удобная аренда трактора с доставкой,
    Профессиональные услуги по аренде тракторов для фермеров,
    Лучшие цены на аренду тракторов в вашем городе,
    Тракторы на аренду для строительных работ,
    Аренда трактора на длительный срок,
    Безопасная и надежная аренда тракторов с водителем,
    Выгодные условия аренды трактора
    взять трактор в аренду https://arenda-traktora77.ru/ .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.