ما هو لون الجسم الأسود بالكامل. جسم أسود بالكامل

- التجريد الفيزيائي المستخدم في الديناميكا الحرارية ، وهو الجسم الذي يمتص الإشعاع بشكل كامل في جميع النطاقات الواقعة عليه. على الرغم من الاسم ، فإن الجسم الأسود نفسه يمكن أن ينبعث منه إشعاع كهرومغناطيسي. يتم تحديد الطيف الإشعاعي لجسم أسود فقط من خلال درجة حرارته. يمكن أن يكون النموذج العملي لجسم أسود تجويفًا به ثقب صغير وجدران سوداء ، حيث أن الضوء الذي يدخل التجويف من خلال الثقب يتعرض لانعكاسات متعددة ويتم امتصاصه بقوة. يتم تفسير اللون الأسود الغامق لبعض المواد (الفحم ، المخمل الأسود) وبؤبؤ العين البشرية بنفس الآلية.
تم تقديم المصطلح بواسطة Gustav Kirchhoff في عام 1862.

يحدد قانون بلانك شدة إشعاع الجسم الأسود اعتمادًا على درجة الحرارة والتردد:

أين أنا (?) د ? هي القدرة الإشعاعية لكل وحدة مساحة من السطح المشع لكل وحدة زاوية صلبة في مدى التردد من؟ قبل؟ + د ?

يتم تحديد الطاقة الإجمالية للإشعاع الحراري بموجب قانون Stefan-Boltzmann:

أين F هي القدرة لكل وحدة مساحة من السطح المشع ، و

W / (م 2 ك 4) - أصبح ستيفان بولتزمان.

يتم تحديد الطول الموجي عند الحد الأقصى لطاقة الإشعاع من خلال قانون الإزاحة الخاص بـ Wien:

أين تيهي درجة الحرارة في كلفن ، و ؟ الأعلىهو الطول الموجي بكثافة قصوى بالأمتار.
يظهر اللون المرئي للأجسام السوداء تمامًا بدرجات حرارة مختلفة في الرسم التخطيطي على اليمين.
حركة الأشعة الضوئية في جسم أسود تمامًا من الممكن إنتاج جسم أسود بشكل مصطنع تقريبًا عن طريق قطع السطح الداخلي لجسم معتم يتم تسخينه إلى درجة حرارة معينة باستخدام تجويف وثقب صغير. أي شعاع يمر عبر الفتحة A إلى التجويف C لا يعود عمليا إلى الوراء ، لذلك فهو يتعرض لانعكاسات وامتصاص متعددة. لذلك ، يمتص الثقب A الأشعة بنفس الطريقة التي يمتص بها الجسم الأسود تمامًا.
وتجدر الإشارة إلى أن الأبعاد الهندسية لجسم أسود تفرض قيودًا طبيعية على طول الموجة الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تنتشر فيها. في الواقع ، إذا كان الطول الموجي أكبر من أبعاد الجسم الأسود ، فإنه ببساطة لا يمكن أن يعكس الجدران فيه. هذه الحقيقة مهمة بشكل خاص في علم الكونيات ، عند نمذجة الكون في شكل جسم أسود تمامًا في المراحل الأولى من التطور ، خاصة عند النظر في إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف.
يستخدم مفهوم الجسم الأسود على نطاق واسع في الفيزياء الفلكية. إشعاع الشمس قريب من إشعاع مثل هذا الجسم بدرجة حرارة 6000 كلفن. يتخلل الكون بأكمله ما يسمى بقايا الإشعاع ، بالقرب من إشعاع جسم أسود تمامًا بدرجة حرارة 3K. تتيح مقارنة إجمالي إشعاع النجوم بإشعاع مثل هذا الجسم تقدير درجة الحرارة الفعالة للنجم تقريبًا. غالبًا ما يكون انحراف إشعاع النجوم عن إشعاع الجسم الأسود ملحوظًا جدًا. في أعماق الشمس والنجوم التي تسخن إلى عشرات الملايين من الدرجات ، يتوافق الإشعاع بدقة عالية مع هذا الإشعاع.
من أجل التنفيذ العملي لنموذج الجسم الأسود ، من الضروري ضمان إمكانية التسخين المنتظم لجدران التجويف وخروج الإشعاع إلى الخارج من خلال ثقب صغير. كان الجهاز الذي صنعه لومير وبرينغشيم من أولى العينات التجريبية لجسم أسود. كانت عبارة عن وعاء معدني بجدران مزدوجة (مثل منظم الحرارة). تم استخدام الفراغ بين الجدران كـ "حمام درجة حرارة" للحفاظ على درجة حرارة معينة وموحدة. تم تحقيق ذلك عن طريق تمرير بخار الماء المغلي أو ، في درجات الحرارة المنخفضة ، عن طريق الملء بالثلج ، وثاني أكسيد الكربون الصلب ، والهواء السائل ، إلخ.
تم استخدام جسم أسود بتصميم مختلف لدراسة الإشعاع في درجات حرارة عالية. هناك حاجة إلى أسطوانة من القصدير البلاتيني ، يتم من خلالها توفير تيار كهربائي ، لتسخين الأسطوانة الخزفية الداخلية بالتساوي. تم قياس درجة الحرارة داخل الأسطوانة بواسطة مزدوج حراري ، ومنعت الأغشية التبريد عن طريق اختراق الهواء.
بمساعدة هذه الأجهزة البسيطة - نماذج لجسم أسود ، تم فحص قوانين الإشعاع بشكل تجريبي ، وتم تحديد ثوابتها بدقة ، ودراسة التوزيع الطيفي للسطوع.

الكثافة الطيفية لإشعاع الجسم الأسود هي دالة عالمية للطول الموجي ودرجة الحرارة. هذا يعني أن التركيب الطيفي والطاقة الإشعاعية للجسم الأسود لا تعتمد على طبيعة الجسم.

توضح الصيغتان (1.1) و (1.2) أنه بمعرفة كثافة الإشعاع الطيفية والمتكاملة لجسم أسود تمامًا ، يمكن حسابها لأي جسم غير أسود إذا كان معامل الامتصاص لهذا الأخير معروفًا ، والذي يجب تحديده تجريبيًا.

أدى البحث إلى القوانين التالية الخاصة بإشعاع الجسم الأسود.

1 - قانون ستيفان بولتزمان: كثافة الإشعاع المتكاملة لجسم أسود تتناسب طرديًا مع الأس الرابع لدرجة حرارته المطلقة

قيمة σ اتصل ثابت ستيفن- بولتزمان:

σ \ u003d 5.6687 10 -8 J · m - 2 s - 1 K - 4.

الطاقة المنبعثة بمرور الوقت رجسم أسود تمامًا مع سطح مشع سعند درجة حرارة ثابتة تي ،

W = σT 4 شارع

إذا تغيرت درجة حرارة الجسم مع مرور الوقت ، أي. تي = ت(ر)، ومن بعد

يشير قانون Stefan-Boltzmann إلى زيادة سريعة للغاية في القدرة الإشعاعية مع زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال ، عندما ترتفع درجة الحرارة من 800 إلى 2400 كلفن (أي من 527 إلى 2127 درجة مئوية) ، يزداد إشعاع الجسم الأسود بالكامل بمقدار 81 مرة. إذا كان الجسم الأسود محاطًا بمتوسط ​​ذي درجة حرارة تي 0، ثم تمتص العين الطاقة المنبعثة من الوسط نفسه.

في هذه الحالة ، يمكن التعبير عن الفرق بين قوة الإشعاع المنبعث والممتص تقريبًا بواسطة الصيغة

U = σ (T 4 - T 0 4)

لا ينطبق قانون Stefan-Boltzmann على الأجسام الحقيقية ، حيث تُظهر الملاحظات اعتمادًا أكثر تعقيدًا صعلى درجة الحرارة ، وكذلك على شكل الجسم وحالة سطحه.

2. قانون النزوح في فيينا. الطول الموجي λ 0, الذي يمثل أقصى كثافة طيفية لإشعاع الجسم الأسود ، يتناسب عكسًا مع درجة الحرارة المطلقة للجسم:

λ 0 = أو λ 0 طن \ u003d ب.

مستمر ب،اتصل ثابت قانون فيينا ،مساوي ل ب = 0.0028978 م كلفن ( λ معبرا عنها بالأمتار).

وهكذا ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، لا يزداد إجمالي الإشعاع فحسب ، بل يتغير أيضًا توزيع الطاقة عبر الطيف. على سبيل المثال ، في درجات حرارة الجسم المنخفضة ، تتم دراسة الأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي ، ومع ارتفاع درجة الحرارة ، يصبح الإشعاع ضارب إلى الحمرة ، برتقالي ، وأخيراً أبيض. على التين. يوضح الشكل 2.1 منحنيات التوزيع التجريبية لطاقة إشعاع الجسم الأسود على أطوال موجية عند درجات حرارة مختلفة: يمكن أن نرى منها أن أقصى كثافة طيفية للإشعاع تتحول نحو الموجات القصيرة مع زيادة درجة الحرارة.

3. قانون بلانك. لا يحل قانون Stefan-Boltzmann وقانون إزاحة Wien المشكلة الرئيسية المتمثلة في حجم الكثافة الطيفية للإشعاع لكل طول موجي في طيف الجسم الأسود عند درجة الحرارة ت.للقيام بذلك ، تحتاج إلى إنشاء تبعية وظيفية ومن λ و ت.

بناءً على مفهوم الطبيعة المستمرة لانبعاث الموجات الكهرومغناطيسية وعلى قانون التوزيع المنتظم للطاقة على درجات الحرية (المقبولة في الفيزياء الكلاسيكية) ، تم الحصول على صيغتين للكثافة الطيفية والإشعاع لجسم أسود:

1) صيغة وين

أين أو ب- قيم ثابتة

2) صيغة رايلي جينز

ش λT = 8πkT λ - 4 ،

أين كهو ثابت بولتزمان. أظهر التحقق التجريبي أنه بالنسبة لدرجة حرارة معينة ، فإن صيغة Wien صحيحة للموجات القصيرة (متى λ تصغير جدًا ويعطي تقاربًا حادًا للخبرة في منطقة الأمواج الطويلة. تبين أن صيغة Rayleigh-Jeans صحيحة للموجات الطويلة وغير قابلة للتطبيق تمامًا على الموجات القصيرة (الشكل 2.2).

وهكذا ، تبين أن الفيزياء الكلاسيكية غير قادرة على تفسير قانون توزيع الطاقة في الطيف الإشعاعي لجسم أسود تمامًا.

لتحديد نوع الوظيفة ش λTكانت هناك حاجة إلى أفكار جديدة تمامًا حول آلية انبعاث الضوء. في عام 1900 ، افترض إم بلانك ذلك لا يمكن امتصاص وانبعاث طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة الذرات والجزيئات إلا في "أجزاء" منفصلة ،والتي تسمى كوانتا الطاقة. قيمة كمية الطاقة ε يتناسب مع تردد الإشعاع الخامس(يتناسب عكسيا مع الطول الموجي λ ):

ε = hv = hc /

عامل التناسب ح = 6.625 10 -34 ج.ث ويسمى ثابت بلانك.في الجزء المرئي من الطيف لطول الموجة λ = 0.5 ميكرومتر ، قيمة كمية الطاقة هي:

ε = hc / λ = 3.79 10-19 جول ث = 2.4 فولت

بناءً على هذا الافتراض ، حصل Planck على صيغة لـ ش λT:

أين كهل ثابت بولتزمان ، معهي سرعة الضوء في الفراغ. ل يظهر المنحنى المقابل للوظيفة (2.1) أيضًا في الشكل. 2.2.

ينتج قانون بلانك (2.11) قانون ستيفان بولتزمان وقانون النزوح الخاص بفين. في الواقع ، بالنسبة لكثافة الإشعاع المتكاملة نحصل عليها

يعطي الحساب وفقًا لهذه الصيغة نتيجة تتطابق مع القيمة التجريبية لثابت Stefan-Boltzmann.

يمكن الحصول على قانون الإزاحة الخاص بفين وثابتها من صيغة بلانك بإيجاد الحد الأقصى للدالة ش λT، والتي مشتق من ش λTعلى λ ، ويساوي الصفر. ينتج عن الحساب الصيغة:

حساب الثابت بوفقًا لهذه الصيغة ، تعطي أيضًا نتيجة تتزامن مع القيمة التجريبية لثابت Wien.

دعونا ننظر في أهم تطبيقات قوانين الإشعاع الحراري.

لكن. مصادر الضوء الحراري.معظم مصادر الضوء الاصطناعي هي بواعث حرارية (المصابيح الكهربائية المتوهجة ، مصابيح القوس التقليدية ، إلخ). ومع ذلك ، فإن مصادر الضوء هذه ليست اقتصادية بدرجة كافية.

قيل في الفقرة 1 أن العين حساسة فقط لجزء ضيق جدًا من الطيف (من 380 إلى 770 نانومتر) ؛ جميع الموجات الأخرى ليس لها إحساس بصري. تتوافق حساسية العين القصوى مع الطول الموجي λ = 0.555 ميكرومتر. انطلاقا من خاصية العين هذه ، يجب على المرء أن يطلب من مصادر الضوء مثل هذا التوزيع للطاقة في الطيف ، حيث تقع أقصى كثافة طيفية للإشعاع على طول الموجة λ = 0.555 ميكرومتر أو نحو ذلك. إذا أخذنا جسمًا أسود تمامًا كمصدر ، فوفقًا لقانون الإزاحة في Wien ، يمكننا حساب درجة حرارته المطلقة:

وبالتالي ، يجب أن تكون درجة حرارة مصدر الضوء الحراري الأكثر فائدة 5200 كلفن ، وهو ما يتوافق مع درجة حرارة سطح الشمس. هذه المصادفة هي نتيجة التكيف البيولوجي للرؤية البشرية لتوزيع الطاقة في طيف الإشعاع الشمسي. ولكن حتى هذا مصدر الضوء نجاعة(نسبة طاقة الإشعاع المرئي إلى الطاقة الإجمالية لكل الإشعاع) ستكون صغيرة. بيانيا في الشكل. 2.3 يتم التعبير عن هذا المعامل بنسبة المساحات S1و س؛ ميدان S1يعبر عن الطاقة الإشعاعية للمنطقة المرئية من الطيف ، س- كل طاقة إشعاعية.

يوضح الحساب أنه عند درجة حرارة حوالي 5000-6000 كلفن ، تكون كفاءة الضوء 14-15٪ فقط (لجسم أسود بالكامل). عند درجة حرارة مصادر الضوء الصناعي الموجودة (3000 كلفن) ، تكون هذه الكفاءة حوالي 1-3٪ فقط. يتم تفسير مثل هذا "ناتج الضوء" المنخفض للباعث الحراري من خلال حقيقة أنه أثناء الحركة الفوضوية للذرات والجزيئات ، لا يتم تحفيز الضوء (المرئي) فحسب ، بل وأيضًا الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى ، والتي ليس لها تأثير ضوئي على عين. لذلك ، من المستحيل إجبار الجسم بشكل انتقائي على أن يشع فقط تلك الموجات التي تكون العين حساسة لها: الموجات غير المرئية تشع بالضرورة.

أهم مصادر ضوء درجة الحرارة الحديثة هي المصابيح الكهربائية المتوهجة ذات الفتيل التنغستن. تبلغ درجة انصهار التنجستن 3655 كلفن ، ومع ذلك ، فإن تسخين الفتيل إلى درجات حرارة أعلى من 2500 كلفن يعد أمرًا خطيرًا ، حيث يتم رش التنجستن بسرعة كبيرة عند درجة الحرارة هذه ، ويتم تدمير الفتيل. لتقليل تطاير الخيوط ، تم اقتراح ملء المصابيح بغازات خاملة (الأرجون ، الزينون ، النيتروجين) عند ضغط حوالي 0.5 ضغط جوي. هذا جعل من الممكن رفع درجة حرارة الفتيل إلى 3000-3200 كلفن في درجات الحرارة هذه ، تقع أقصى كثافة طيفية للإشعاع في منطقة موجات الأشعة تحت الحمراء (حوالي 1.1 ميكرون) ، لذا فإن جميع المصابيح المتوهجة الحديثة تتمتع بكفاءة طفيفة. اكثر من 1٪.

ب. قياس الحرارة البصري.تتيح قوانين الإشعاع المذكورة أعلاه للجسم الأسود تحديد درجة حرارة هذا الجسم إذا كان الطول الموجي معروفًا λ 0 المقابلة للحد الأقصى ش λT(وفقًا لقانون Wien) ، أو إذا كانت قيمة كثافة الإشعاع المتكاملة معروفة (وفقًا لقانون Stefan-Boltzmann). هذه الطرق لتحديد درجة حرارة الجسم من خلال إشعاعها الحراري في الكبائن قياس الحرارة البصريإنها مفيدة بشكل خاص عند قياس درجات الحرارة العالية جدًا. نظرًا لأن القوانين المذكورة لا تنطبق إلا على الجسم الأسود تمامًا ، فإن قياس الحرارة البصري القائم عليها يعطي نتائج جيدة فقط عند قياس درجات حرارة الأجسام القريبة في خصائصها من الجسم الأسود تمامًا. من الناحية العملية ، هذه هي أفران المصانع ، أفران المعمل المخبرية ، أفران الغلايات ، إلخ. ضع في اعتبارك ثلاث طرق لتحديد درجة حرارة بواعث الحرارة:

أ. طريقة تعتمد على قانون النزوح في فيينا.إذا عرفنا الطول الموجي الذي تنخفض عنده الكثافة الطيفية القصوى للإشعاع ، فيمكن حساب درجة حرارة الجسم باستخدام الصيغة (2.2).

على وجه الخصوص ، يتم تحديد درجة الحرارة على سطح الشمس والنجوم وما إلى ذلك بهذه الطريقة.

بالنسبة للأجسام غير السوداء ، فإن هذه الطريقة لا تعطي درجة حرارة الجسم الحقيقية ؛ إذا كان هناك حد أقصى واحد في طيف الانبعاث ونحسب تيوفقًا للصيغة (2.2) ، يعطينا الحساب درجة حرارة الجسم الأسود تمامًا ، والذي له نفس توزيع الطاقة تقريبًا في الطيف مثل الجسم قيد الاختبار. في هذه الحالة ، فإن اللونية لإشعاع الجسم الأسود تمامًا ستكون هي نفسها اللونية للإشعاع قيد الدراسة. تسمى درجة حرارة الجسم هذه درجة حرارة اللون.

درجة حرارة لون خيوط المصباح المتوهج هي 2700-3000 كلفن ، وهي قريبة جدًا من درجة حرارتها الحقيقية.

ب. طريقة قياس درجة حرارة الاشعاعبناءً على قياس كثافة الإشعاع المتكاملة للجسم صوحساب درجة حرارتها وفقًا لقانون Stefan-Boltzmann. تسمى الأدوات المناسبة مقاييس حرارة الإشعاع.

بطبيعة الحال ، إذا لم يكن الجسم المشع أسودًا تمامًا ، فلن يعطي البيرومتر الإشعاعي درجة الحرارة الحقيقية للجسم ، ولكنه سيُظهر درجة حرارة الجسم الأسود تمامًا حيث تكون كثافة الإشعاع المتكاملة لهذا الأخير مساوية للإشعاع المتكامل كثافة جسم الاختبار. تسمى درجة حرارة الجسم هذه إشعاع،أو طاقة،درجة الحرارة.

من بين عيوب البيرومتر الإشعاعي ، نشير إلى استحالة استخدامه لتحديد درجات حرارة الأجسام الصغيرة ، وكذلك تأثير الوسط الموجود بين الجسم والبيرومتر الذي يمتص جزءًا من الإشعاع.

في. أنا طريقة السطوع لتحديد درجات الحرارة.يعتمد مبدأ التشغيل على مقارنة بصرية لسطوع الفتيل المتوهج لمصباح البيرومتر مع سطوع صورة جسم الاختبار المتوهج. الجهاز عبارة عن منظار اكتشاف به مصباح كهربائي يوضع بداخله يعمل ببطارية. يتم تحديد المساواة التي يتم ملاحظتها بصريًا من خلال مرشح أحادي اللون من خلال اختفاء صورة الخيط على خلفية صورة الجسم الساخن. يتم تنظيم توهج الخيط بواسطة مقاومة مقاومة متغيرة ، ويتم تحديد درجة الحرارة بمقياس مقياس التيار المتدرج مباشرة إلى درجة الحرارة.

استقطاب الضوء هو عملية تبسيط اهتزازات متجه شدة المجال الكهربائي لموجة ضوئية عندما يمر الضوء عبر مواد معينة (أثناء الانكسار) أو عندما ينعكس تدفق الضوء. هناك عدة طرق لإنتاج الضوء المستقطب.

1) الاستقطاب مع بولارويد. البولارويد عبارة عن أغشية سيلولويد مغطاة بطبقة رقيقة جدًا من بلورات الكينين من حمض الكبريتيك. يعد استخدام بولارويد حاليًا الطريقة الأكثر شيوعًا لاستقطاب الضوء.

2) الاستقطاب من خلال الانعكاس. إذا سقط شعاع طبيعي من الضوء على سطح أسود مصقول ، فإن الحزمة المنعكسة تكون مستقطبة جزئيًا. كمستقطب ومحلل ، يمكن استخدام المرآة أو زجاج النوافذ العادي المصقول جيدًا إلى حد ما ، والذي يتم تسوده من جانب واحد بورنيش الإسفلت.

كانت درجة الاستقطاب أكبر ، كلما تم الحفاظ على زاوية السقوط بشكل صحيح. بالنسبة للزجاج ، زاوية السقوط هي 57 درجة.

3) الاستقطاب من خلال الانكسار. يتم استقطاب شعاع الضوء ليس فقط عند الانعكاس ، ولكن أيضًا عند الانكسار. في هذه الحالة ، يتم استخدام كومة من 10-15 لوحة زجاجية رفيعة مكدسة معًا ، وتقع بزاوية 57 درجة لأشعة الضوء الساقطة عليها ، كمستقطب ومحلل.

بالجملةو عمل قانونيو الرؤية، قدرة الوسيط على إحداث دوران لمستوى استقطاب الإشعاع الضوئي (الضوء) الذي يمر عبره.

تعتمد الزاوية j لدوران مستوى الاستقطاب خطيًا على السماكة لطبقة المادة الفعالة (أو محلولها) والتركيز معهذه المادة - ي = [أ] ل(المعامل [أ] يسمى محدد O. أ.) ؛ 2) يحدث الدوران في هذا الوسط إما في اتجاه عقارب الساعة (j> 0) أو عكسه (j< 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. روسه شارع.ه تاتغير في خصائص تدفق الإشعاع الضوئي (الضوء) أثناء تفاعله مع المادة. يمكن أن تكون هذه الخصائص هي التوزيع المكاني للكثافة وطيف التردد واستقطاب الضوء. غالبًا ما يكون R. s. يسمى فقط التغيير في اتجاه انتشار الضوء بسبب عدم التجانس المكاني للوسط ، والذي يُنظر إليه على أنه توهج غير لائق للوسط.

التفرق، وهو مقلوب المسافة التي يتم فيها إضعاف تدفق الإشعاع الذي يشكل حزمة ضوئية متوازية نتيجة لذلك تشتتفي البيئة بمقدار 10 مرات أو e مرات.

Relه انا زاكحول ن،يقول أن الشدة أناالضوء المنتشر بواسطة الوسيط يتناسب عكسياً مع القوة الرابعة من الطول الموجي l للضوء الساقط ( أنا~ l -4) في الحالة التي يتكون فيها الوسط من جزيئات عازلة ، تكون أبعادها أصغر بكثير من l . أنا راس ~ 1 /  4

44. تمتصه سانت سانت.ه تاانخفاض في شدة الإشعاع الضوئي (الضوء) الذي يمر عبر وسط المادة بسبب عمليات تفاعله مع الوسط. الطاقة الضوئية في P. with. يدخل في أشكال مختلفة من الطاقة الداخلية للوسط أو الإشعاع البصري للتكوين ؛ يمكن إعادة إرساله كليًا أو جزئيًا بواسطة الوسيط بترددات مختلفة عن تردد الإشعاع الممتص.

قانون بوجوير المعنى المادي هو أن عملية فقد فوتونات الحزمة في الوسط لا تعتمد على كثافتها في الحزمة الضوئية ، أي على شدة الضوء وعلى نصف الطول I.

أنا = أنا 0 exp (ل ); l الطول الموجي ،  λ هو مؤشر الامتصاص ، أنا 0هي شدة شعاع الامتصاص.

حشرةه را - لامأ مبرتا - به رزاقحول ن،يحدد التوهين التدريجي لشعاع الضوء أحادي اللون (أحادي اللون) أثناء انتشاره في مادة ماصة. إذا كانت قوة الشعاع تدخل طبقة المادة بسمك لمساوي ل أنا o ، إذن ، وفقًا لـ B.-L.-B. ح ، قوة الشعاع عند الخروج من الطبقة

أنا(ل)= أناا هـ-ج cl,

حيث c هو مؤشر امتصاص الضوء المحدد ، محسوبًا لكل وحدة تركيز معالمادة التي تحدد الامتصاص ؛

معدل امتصاص (كوالا لمبور) ، وهو معكوس المسافة التي يكون فيها أحادي اللون تدفق الإشعاعالتردد n ، وتشكيل حزمة متوازية ، يتم إضعافه بسبب الامتصاص في المادة في همرات أو 10 مرات. تقاس سم -1أو م -1.في التحليل الطيفي وبعض الفروع الأخرى للبصريات التطبيقية ، مصطلح "P. p." تستخدم تقليديا للدلالة على معامل الامتصاص.

معدل الامتصاص المولي

النفاذية هي نسبة تدفق الإشعاع الذي مر عبر الوسيط إلى التدفق الذي سقط على سطحه. ر = F / F 0

الكثافة الضوئية - مقياس عتامة طبقة من المادة للأشعة الضوئية D = lg (-F 0 / F)

شفافية البيئةهي نسبة حجم تدفق الإشعاع الذي مر دون تغيير الاتجاه عبر طبقة من وسط سماكة الوحدة إلى حجم التدفق الساقط (أي ، دون مراعاة تأثيرات التشتت وتأثير التأثيرات على السطوح البينية).

45. الإشعاع الحراري- الإشعاع الكهرومغناطيسي ذو الطيف المستمر المنبعث من الأجسام الساخنة بسبب طاقتها الحرارية.

جسم أسود بالكامل- المثالية الفيزيائية المستخدمة في الديناميكا الحرارية ، وهي جسم يمتص كل الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط عليه في جميع النطاقات ولا يعكس شيئًا. على الرغم من الاسم ، يمكن أن ينبعث الجسم الأسود نفسه إشعاعًا كهرومغناطيسيًا من أي تردد ويكون له لون مرئي. يتم تحديد الطيف الإشعاعي لجسم أسود فقط من خلال درجة حرارته.

الجسم الرمادي- هذا الجسم لا يعتمد معامل امتصاصه على التردد ، ولكنه يعتمد فقط على درجة الحرارة

للجسم الرمادي

جسم رمادي- هيئة، معامل الامتصاص to-rogo أقل من 1 ولا تعتمد على الطول الموجي للإشعاع و abs. مؤقت. تي. كويف. يعتمد امتصاص (يسمى أيضًا معامل السواد S. t.) لجميع الأجسام الحقيقية على (الامتصاص الانتقائي) و تي، لذلك يمكن اعتبارها رمادية فقط في الفواصل الزمنية و تيحيث المعامل تقريبا. مستمر. في المنطقة المرئية من الطيف ، الفحم (= 0.80 عند 400-900 كلفن) ، السخام (= 0.94-0.96 عند 370-470 كلفن) له خصائص أسود الكربون ؛ يمتص الأسود البلاتيني والبزموت وينبعث مثل S. t. في أوسع نطاق - من الضوء المرئي إلى 25-30 ميكرون (= 0.93-0.99).

القوانين الأساسية للإشعاع:

قانون ستيفان بولتزمان- قانون إشعاع الجسم الأسود بالكامل. يحدد اعتماد القوة الإشعاعية لجسم أسود تمامًا على درجة حرارته. صياغة القانون:

أين درجة السواد (لجميع المواد ، لجسم أسود بالكامل). باستخدام قانون بلانك للإشعاع ، يمكن تعريف الثابت σ على أنه

أين ثابت بلانك كهل ثابت بولتزمان ، جهي سرعة الضوء.

القيمة العددية J s −1 m −2 K −4.

قانون الإشعاع كيرشوفهو قانون فيزيائي وضعه الفيزيائي الألماني كيرشوف عام 1859.

تنص الصيغة الحالية للقانون على ما يلي:

نسبة الانبعاثية لأي جسم إلى قدرته على الامتصاص هي نفسها لجميع الأجسام عند درجة حرارة معينة لتردد معين ولا تعتمد على شكلها وطبيعتها الكيميائية.

من المعروف أنه عندما يسقط الإشعاع الكهرومغناطيسي على جسم معين ، ينعكس جزء منه ، ويمتص جزء منه ، ويمكن أن ينتقل جزء منه. يسمى جزء من الإشعاع الممتص عند تردد معين القدرة على الامتصاصهيئة . من ناحية أخرى ، يشع كل جسم ساخن الطاقة وفقًا لقانون معين يسمى انبعاثية الجسم.

يمكن أن تختلف القيم بشكل كبير عند الانتقال من جسم إلى آخر ، ومع ذلك ، وفقًا لقانون إشعاع كيرشوف ، لا تعتمد نسبة قدرات الانبعاث والامتصاص على طبيعة الجسم وهي وظيفة عالمية للتردد ( الطول الموجي) ودرجة الحرارة:

يتم تحديد الطول الموجي الذي يتم عنده الحد الأقصى لطاقة الإشعاع لجسم أسود قانون النزوح في فيينا:

أين تيهي درجة الحرارة بوحدة كلفن ، و λ max هي الطول الموجي بأقصى شدة بالأمتار.

خصائص الإشعاع الحراري

تسخين الأجسام إلى 424e43ie ، كما لو كانت درجات الحرارة عالية ، تتوهج. يسمى توهج الأجسام بسبب التسخين الإشعاع الحراري (درجة الحرارة). يحدث الإشعاع الحراري ، باعتباره الأكثر شيوعًا في الطبيعة ، بسبب طاقة الحركة الحرارية للذرات وجزيئات المادة (أي بسبب طاقتها الداخلية) وهي خاصية مميزة لجميع الأجسام عند درجات حرارة أعلى من 0 ك. بواسطة الطيف المستمر ، يعتمد موضع الحد الأقصى على درجة الحرارة. في درجات الحرارة المرتفعة ، تنبعث موجات كهرومغناطيسية قصيرة (مرئية وفوق بنفسجية) ، بينما في درجات الحرارة المنخفضة ، تنبعث موجات طويلة (الأشعة تحت الحمراء) في الغالب.

الإشعاع الحراري هو عمليا النوع الوحيد من الإشعاع الذي يمكن أن يكون حالة توازن. لنفترض أن الجسم الساخن (المشع) يوضع في تجويف محاط بقشرة عاكسة بشكل مثالي. بمرور الوقت ، ونتيجة للتبادل المستمر للطاقة بين الجسم والإشعاع ، سيأتي التوازن ، أي أن الجسم سوف يمتص قدرًا من الطاقة لكل وحدة زمنية كما يشع. لنفترض أن التوازن بين الجسم والإشعاع مضطرب لسبب ما وأن الجسم يشع طاقة أكثر مما يمتص. إذا كان الجسم يشع في كل وحدة زمنية أكثر مما يمتص (أو العكس) ، فإن درجة حرارة الجسم ستبدأ في الانخفاض (أو الزيادة). نتيجة لذلك ، ستضعف كمية الطاقة التي يشعها الجسم (أو العمر 424e43ie ؛ т) ، حتى يتحقق التوازن أخيرًا. جميع أنواع الإشعاع الأخرى غير متوازنة.

السمة الكمية للإشعاع الحراري هي الكثافة الطيفية لمعان الطاقة (إشراق) الجسمالقدرة الإشعاعية لكل وحدة مساحة من سطح الجسم في مدى التردد لوحدة العرض:

أين د طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعثة لكل وحدة زمنية (طاقة إشعاعية) لكل وحدة مساحة سطح الجسم في مدى التردد من نقبل ن+ د ن.

وحدة الكثافة الطيفية لمعان الطاقة ( آكانيوز ، ت) ≈جول لكل متر مربع(ي / م 2).

يمكن تمثيل الصيغة المكتوبة 424e43ie كدالة للطول الموجي:

لان ج = ن ،ومن بعد

حيث تشير علامة الطرح إلى أنه من سن 424e43ie ؛ إحدى الكميات ( نأو ل)القيمة الأخرى تتناقص. لذلك ، في ما يلي ، سيتم حذف علامة الطرح. في هذا الطريق،

باستخدام الصيغة (197.1) ، يمكن للمرء أن ينتقل من آكانيوز ، تي ═إلى رل ، توالعكس صحيح.

بمعرفة الكثافة الطيفية لمعان الطاقة ، يمكننا حسابها لمعان طاقة متكامل (إشعاع متكامل)(يطلق عليه ببساطة لمعان الطاقة في الجسم) ، ويتم تلخيصه على جميع الترددات:

تتميز قدرة الأجسام على امتصاص الإشعاع الساقط عليها الامتصاص الطيفي

يوضح مقدار الطاقة التي يتم إحضارها لكل وحدة زمنية لكل وحدة مساحة من سطح الجسم بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية التي تسقط عليها بترددات من نقبل ن+ د نيمتصه الجسم. الامتصاص الطيفي هو كمية بلا أبعاد. كميات آكانيوز ، ت═ و أ ن ، تتعتمد على طبيعة الجسم ، ودرجة حرارته الديناميكية الحرارية ، وفي نفس الوقت تختلف بالنسبة للإشعاعات ذات الترددات المختلفة. لذلك ، يتم تصنيف هذه القيم على أنها تيو ن(أو بالأحرى ، إلى ما يكفي من 424e43ie ؛ فاصل تردد ضيق تمامًا من نقبل ن+ د ن).

يُطلق على الجسم القادر على الامتصاص الكامل عند أي درجة حرارة لجميع الإشعاعات لأي حادث تردد عليه اللون الأسود. لذلك ، فإن الامتصاص الطيفي لجسم أسود لجميع الترددات ودرجات الحرارة يساوي الوحدة ( ). لا توجد أجسام سوداء تمامًا في الطبيعة ، ومع ذلك ، فإن أجسامًا مثل السخام والأسود البلاتيني والأسود المخملي وبعضها الآخر ، في نطاق تردد معين ، قريبة من خصائصها.

النموذج المثالي للجسم الأسود هو تجويف مغلق بفتحة صغيرة ياسطحها الداخلي اسودت (الشكل 286). يتعرض شعاع الضوء الذي يدخل مثل هذا التجويف إلى انعكاسات متعددة من الجدران ، ونتيجة لذلك يتبين أن شدة الإشعاع المنبعث تساوي صفرًا عمليًا. تظهر التجربة أنه عندما يكون حجم الثقب أقل من 0.1 من قطر التجويف ، يتم امتصاص الإشعاع الساقط لجميع الترددات تمامًا. ونتيجة لذلك ، تبدو النوافذ المفتوحة للمنازل من جانب الشارع سوداء ، رغم أنها داخل الغرف تبدو وكأنها ضوء بسبب انعكاس الضوء من الجدران.

جنبا إلى جنب مع مفهوم الجسم الأسود ، يتم استخدام هذا المفهوم الجسم الرمادي≈ لجسم تكون قدرته على الامتصاص أقل من الوحدة ، ولكنها واحدة لجميع الترددات وتعتمد فقط على درجة الحرارة والمادة وحالة سطح الجسم. وهكذا ، لجسم رمادي = في= const

لعبت دراسة الإشعاع الحراري دورًا مهمًا في إنشاء النظرية الكمومية للضوء ، لذلك من الضروري مراعاة القوانين التي تخضع لها.

لمعان طاقة الجسمآر تي، عدديا يساوي الطاقة دبليويشعها الجسم في نطاق الطول الموجي بأكمله (0<<) لكل وحدة من سطح الجسم ، لكل وحدة زمنية ، في درجة حرارة الجسم تي، بمعنى آخر.

(1)

انبعاث الجسدص ، تعدديا يساوي طاقة الجسم dWيشعها الجسم من وحدة سطح الجسم ، لكل وحدة زمنية عند درجة حرارة الجسم T ، في مدى الطول الموجي من  إلى  + د ،أولئك.

(2)

تسمى هذه القيمة أيضًا الكثافة الطيفية لمعان طاقة الجسم.

لمعان الطاقة مرتبط بالانبعاثية بالصيغة

(3)

الامتصاصهيئة  ، ت- رقم يوضح الجزء الذي يمتصه من طاقة الإشعاع على سطح الجسم في نطاق الطول الموجي من  إلى  + د ،أولئك.

. (4)

الجسم الذي من أجله  ، T = 1على كامل نطاق الطول الموجي ، يسمى الجسم الأسود (الجسم الأسود).

الجسم الذي من أجله  ، T = const<1 على كامل نطاق الطول الموجي يسمى الرمادي.

46- يمكن لأجهزة فيزيائية خاصة تسمى مقاييس الشدة أن تقيس كمية الطاقة الشمسية المتلقاة على سطح الأرض لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية. قبل أشعة الشمسوتصل إلى سطح الأرض وتسقط في مقياس الأكتينومتر ، يجب أن تمر عبر سماكة الغلاف الجوي بالكامل ، ونتيجة لذلك سيتم امتصاص جزء من الطاقة بواسطة الغلاف الجوي. يختلف حجم هذا الامتصاص اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على حالة الغلاف الجوي ، لذا فإن كمية الطاقة الشمسية المتلقاة على سطح الأرض في أوقات مختلفة مختلفة تمامًا.

الثابت الشمسي هو مقدار الطاقة التي يتلقاها سنتيمتر مربع واحد من المساحة المكشوفة على حدود الغلاف الجوي للأرض بشكل عمودي على أشعة الشمس ، في دقيقة واحدة بالسعرات الحرارية الصغيرة. من خلال عدد كبير من الملاحظات الشعاعية للعديد من المراصد الجيوفيزيائية ، تم الحصول على القيمة التالية للثابت الشمسي:

أ = 1.94 كالوري / سم 2 دقيقة.

على مساحة 1 متر مربع من سطح الموقع المواجه للشمس بالقرب من الأرض ، يدخل 1400 J من الطاقة التي يحملها الإشعاع الشمسي الكهرومغناطيسي في الثانية. هذه القيمة تسمى الثابت الشمسي. بمعنى آخر ، تبلغ كثافة تدفق الطاقة للإشعاع الشمسي 1.4 كيلو واط / م 2.

الطيف الشمسي - يتراوح توزيع طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي للشمس في الطول الموجي من بضعة أجزاء من نانومتر (إشعاع غاما) إلى موجات الراديو المترية. في المنطقة المرئية ، يكون الطيف الشمسي قريبًا من طيف جسم أسود تمامًا عند درجة حرارة حوالي 5800 كلفن ؛ يبلغ الحد الأقصى للطاقة في المنطقة 430-500 نانومتر. الطيف الشمسي عبارة عن طيف مستمر ، يتم فيه فرض أكثر من 20 ألف خط امتصاص (خطوط فراونهوفر) لعناصر كيميائية مختلفة.

الأكتينحول متر- جهاز لقياس شدة الاشعاع الشمسي المباشر. يعتمد مبدأ تشغيل A. على امتصاص الإشعاع الساقط بواسطة سطح أسود وتحويل طاقته إلى حرارة. A. هو جهاز نسبي ، لأن. يتم الحكم على شدة الإشعاع من خلال الظواهر المختلفة المصاحبة للتدفئة ، على عكس أجهزة قياس درجة الحرارة - الأدوات المطلقة. على سبيل المثال ، يعتمد مبدأ تشغيل مقياس ضغط ميكلسون على تسخين صفيحة ثنائية المعدن يتم تسويدها بالسخام بفعل أشعة الشمس. 1 ، مضغوط من الحديد والعكس. عند تسخينه ، يستطيل الحديد ، وتقريباً لا يتعرض للتمدد الحراري ، لذلك تنحني الصفيحة. يعمل حجم المنعطف كمقياس لشدة الإشعاع الشمسي. باستخدام المجهر ، يتم ملاحظة حركة خيوط الكوارتز , تقع في نهاية اللوحة.

بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، واجه العلماء ، الذين يدرسون تفاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي (على وجه الخصوص ، الضوء) مع ذرات المادة ، مشاكل خطيرة لا يمكن حلها إلا في إطار ميكانيكا الكم ، والتي كانت ، في كثير من النواحي ، ولدت بسبب حقيقة أن هذه المشاكل نشأت. لفهم أولى هذه المشاكل وربما أخطرها ، تخيل صندوقًا أسود كبيرًا به مرآة داخلية ، به ثقب صغير في أحد جدرانه. شعاع من الضوء الذي يدخل الصندوق من خلال ثقب مجهري يبقى في الداخل إلى الأبد ، ويعكس إلى ما لا نهاية من الجدران. الكائن الذي لا يعكس الضوء ، بل يمتصه تمامًا ، يبدو أسودًا ، وهذا هو سبب تسميته بشكل شائع الجسم الأسود. (الجسم الأسود المثالي - مثل العديد من الظواهر الفيزيائية المفاهيمية الأخرى - كائن افتراضي بحت ، على الرغم من أنه ، على سبيل المثال ، كرة مجوفة ، متساوية التسخين ، معكوسة من الداخل ، يدخل فيها الضوء من خلال ثقب واحد صغير ، هو تقريب جيد. )

ومع ذلك ، ربما تكون قد رأيت في الواقع نظائر قريبة جدًا من الجسم الأسود. في الموقد ، على سبيل المثال ، يحدث أن يتم طي العديد من السجلات بشكل وثيق تقريبًا ، ويحترق تجويف كبير إلى حد ما بداخلها. في الخارج ، تظل السجلات مظلمة ولا تتوهج ، بينما تتراكم الحرارة (الأشعة تحت الحمراء) والضوء داخل التجويف المحترق ، وقبل الانكسار ، تنعكس هذه الأشعة بشكل متكرر من جدران التجويف. إذا نظرت إلى الفجوة بين هذه السجلات ، فسترى توهجًا شديد الحرارة أصفر برتقاليًا لامعًا ، ومن هناك ، سوف تشتعل بالحرارة حرفيًا. إنها مجرد أشعة محصورة بين السجلات لفترة من الوقت ، تمامًا كما يتم التقاط الضوء بالكامل وامتصاصه بواسطة الصندوق الأسود الموصوف أعلاه.

يساعدنا نموذج الصندوق الأسود على فهم كيف يتصرف الضوء الذي يمتصه الجسم الأسود عند التفاعل مع ذرات مادته. من المهم هنا أن نفهم أن الذرة تمتص الضوء ، وتنبعث منها على الفور وتمتصها ذرة أخرى ، ثم تنبعث مرة أخرى وتمتص ، وهذا سيحدث حتى يتم الوصول إلى حالة التشبع المتوازن. عندما يتم تسخين جسم أسود إلى حالة توازن ، فإن شدة انبعاث وامتصاص الأشعة داخل الجسم الأسود تتساوى: عندما تمتص ذرة واحدة كمية معينة من الضوء بتردد معين ، فإن ذرة أخرى في مكان ما بالداخل تبعث في نفس الوقت نفس الكمية للضوء من نفس التردد. وهكذا ، فإن كمية الضوء الممتص لكل تردد داخل جسم أسود تظل كما هي ، على الرغم من امتصاصها وانبعاثها من ذرات مختلفة من الجسم.

حتى هذه اللحظة ، يظل سلوك الجسم الأسود واضحًا إلى حد ما. بدأت المشاكل في إطار الفيزياء الكلاسيكية (نقصد هنا بكلمة "كلاسيكي" الفيزياء قبل ظهور ميكانيكا الكم) بمحاولات لحساب الطاقة الإشعاعية المخزنة داخل جسم أسود في حالة توازن. وسرعان ما اتضح شيئان:

• كلما زاد تردد موجات الأشعة ، زاد تراكمها داخل الجسم الأسود (أي ، كلما كانت الأطوال الموجية للجزء المدروس من طيف الموجات الإشعاعية أقصر ، زادت أشعة هذا الجزء من الطيف داخل الجسم الأسود. تتنبأ النظرية) ؛
• كلما زاد تردد الموجة ، زادت الطاقة التي تحملها ، وبالتالي ، كلما تم تخزينها داخل الجسم الأسود.

مجتمعة ، أدت هاتان الاستنتاجان إلى نتيجة لا يمكن تصورها: يجب أن تكون الطاقة الإشعاعية داخل الجسم الأسود لانهائية! تم تعميد هذا الاستهزاء الشرير بقوانين الفيزياء الكلاسيكية كارثة الأشعة فوق البنفسجية، لأن الإشعاع عالي التردد يكمن في الجزء فوق البنفسجي من الطيف.

تمت استعادة الترتيب من قبل الفيزيائي الألماني ماكس بلانك ( سم.ثابت بلانك) - أظهر أن المشكلة قد تمت إزالتها إذا افترضنا أن الذرات تستطيع امتصاص الضوء وإصداره فقط في أجزاء وعلى ترددات معينة فقط. (لاحقًا ، عمم ألبرت أينشتاين هذه الفكرة من خلال تقديم المفهوم الفوتونات- أجزاء محددة بدقة من الإشعاع الضوئي.) وفقًا لهذا المخطط ، فإن العديد من ترددات الإشعاع التي تنبأت بها الفيزياء الكلاسيكية لا يمكن أن توجد ببساطة داخل جسم أسود ، لأن الذرات غير قادرة على امتصاصها أو إصدارها ؛ وفقًا لذلك ، يتم استبعاد هذه الترددات من الاعتبار عند حساب إشعاع التوازن داخل الجسم الأسود. ترك بلانك ترددات مقبولة فقط ، ومنع كارثة الأشعة فوق البنفسجية ووجه العلم على طول مسار الفهم الحقيقي لبنية العالم على المستوى دون الذري. بالإضافة إلى ذلك ، قام بحساب توزيع التردد المميز لإشعاع التوازن لجسم أسود.

اكتسب هذا التوزيع شهرة عالمية بعد عدة عقود من نشره من قبل بلانك نفسه ، عندما اكتشف علماء الكونيات أن إشعاع الخلفية الميكروي الذي اكتشفوه ( سم.الانفجار العظيم) يخضع تمامًا لتوزيع بلانك من حيث خصائصه الطيفية ويتوافق مع إشعاع جسم أسود عند درجة حرارة حوالي ثلاث درجات فوق الصفر المطلق.

الجسم الأسود تمامًا هو كائن عقلي جسدي مثالي. ومن المثير للاهتمام أنه ليس من الضروري أن يكون أسودًا على الإطلاق. هنا الأمر مختلف.

البيدو

نتذكر جميعًا (أو على الأقل يجب أن نتذكر) من دورة الفيزياء المدرسية أن مفهوم "البياض" يعني قدرة سطح الجسم على عكس الضوء. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن للأغطية الثلجية للغطاء الجليدي لكوكبنا أن تعكس ما يصل إلى 90٪ من ضوء الشمس الساقط عليها. هذا يعني أنها تتميز بارتفاع البياض. ليس من المستغرب أن يُجبر موظفو المحطات القطبية غالبًا على العمل مرتديًا النظارات الشمسية. بعد كل شيء ، فإن النظر إلى الثلج النقي يشبه النظر إلى الشمس بالعين المجردة. في هذا الصدد ، فإن قمر كوكب زحل إنسيلادوس ، الذي يتكون بالكامل تقريبًا من جليد الماء ، له انعكاس قياسي في النظام الشمسي بأكمله ، وله لون أبيض ويعكس تقريبًا كل الإشعاع الساقط على سطحه. من ناحية أخرى ، فإن مادة مثل السخام لها بياض أقل من 1٪. أي أنه يمتص حوالي 99٪ من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

الجسم الأسود المطلق: الوصف

هنا نأتي إلى أهم شيء. من المؤكد أن القارئ قد خمّن أن الجسم الأسود المطلق هو جسم سطحه قادر تمامًا على امتصاص كل الإشعاع الساقط عليه. في الوقت نفسه ، هذا لا يعني على الإطلاق أن مثل هذا الكائن سيكون غير مرئي ولا يمكن ، من حيث المبدأ ، أن ينبعث منه ضوء. لا ، لا تخلط بينه وبين الثقب الأسود. قد يكون له لون وحتى يكون مرئيًا جدًا ، لكن إشعاع الجسم الأسود سيتم تحديده دائمًا من خلال درجة حرارته وليس الضوء المنعكس. بالمناسبة ، هذا لا يأخذ في الاعتبار فقط الطيف المرئي للعين البشرية ، ولكن أيضًا الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو والأشعة السينية وأشعة جاما وما إلى ذلك. كما ذكرنا سابقًا ، لا يوجد جسم أسود تمامًا في الطبيعة. ومع ذلك ، فإن خصائصه في نظامنا النجمي تتوافق تمامًا مع الشمس ، التي تنبعث ، ولكنها لا تعكس الضوء تقريبًا (القادم من النجوم الأخرى).

المثالية المخبرية

تم إجراء محاولات لإخراج الأشياء التي لا تعكس الضوء على الإطلاق منذ نهاية القرن التاسع عشر. في الواقع ، أصبحت هذه المشكلة أحد المتطلبات الأساسية لظهور ميكانيكا الكم. بادئ ذي بدء ، من المهم أن نلاحظ أن أي فوتون (أو أي جسيم آخر من الإشعاع الكهرومغناطيسي) تمتصه ذرة ينبعث على الفور ويمتص بواسطة ذرة مجاورة ، ويعاد انبعاثه. ستستمر هذه العملية حتى يتم الوصول إلى حالة تشبع التوازن في الجسم. ومع ذلك ، عندما يتم تسخين الجسم الأسود إلى مثل هذه الحالة من التوازن ، فإن شدة الضوء المنبعث منه تصبح مساوية لشدة الامتصاص.

في المجتمع العلمي للفيزيائيين ، تظهر المشكلة عند محاولة حساب الطاقة الإشعاعية التي يجب أن تكون ، والتي يتم تخزينها داخل الجسم الأسود في حالة توازن. وهنا تأتي اللحظة الرائعة. يعني توزيع الطاقة في طيف جسم أسود تمامًا في حالة توازن اللانهاية الحرفية للطاقة الإشعاعية بداخله. سميت هذه المشكلة بكارثة الأشعة فوق البنفسجية.

حل بلانك

أول من وجد حلاً مقبولاً لهذه المشكلة كان الفيزيائي الألماني ماكس بلانك. واقترح أن الذرات تمتص أي إشعاع ليس بشكل مستمر ، ولكن بشكل منفصل. هذا هو ، في أجزاء. في وقت لاحق ، سميت هذه الأجزاء بالفوتونات. علاوة على ذلك ، لا يمكن للذرات امتصاص الموجات الراديوية المغناطيسية إلا عند ترددات معينة. تمر ببساطة الترددات غير المناسبة ، مما يحل مسألة الطاقة اللانهائية للمعادلة الضرورية.