تابش گرمایی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
این نمودار اوج طول موج و کل میزان تابش شده را که با دما تغییر می‌کند با توجه به قانون جابجایی واین نشان داده‌است.
تابش‌های گرمایی به شکل نورمریی قابل دید.

هرگاه سیستمی از جسم‌های تابش کننده و جذب کننده بسته باشد در اینصورت گاز فوتونی «گازی که جسم‌ها به یاری آن انرژی تبادل می‌کنند» باید با اتم‌های تامین کننده فوتون‌ها در تعادل باشد. تعداد فوتون‌ها با انرژی hv به این بستگی دارد که چند اتم در سطح E1 و چند تا در سطح E2 قرار دارند؟. در مورد تعادل این عددها بدون تغییر باقی می‌مانند. به هر حال از آنجا که روندهای تحریک و تابش در همان زمان روی می‌دهند. تعادل ماهیت دینامیک دارد. اتم‌ها یا سیستم اتمی به طریقی (با برخورد با ذره‌ها یا بر اثر جذب یک فوتون از خارج) به سطح بالاتری ارتقا می‌یابند. سیستم تا مدت تا حدی نامعین (معمولاً کسری از یک ثانیه) در حالت تحریک شده پافشاری می کندو سپس به سطح پایین تری بر می‌گردد. این روند را تابش خودبخودی می‌خوانند. اتم همانند توپ کوچکی رفتار می‌کند که بر روی قله نوک تیزی با برجستگی‌ها و فرورفتگی‌های پیچیده قرار دارد. کمترین نسیم کافی است تا تعادل را بر هم زند. توپ رو به پایین دره معمولاً پایین ترین نقطه غلت می‌خورد و در این صورت تنها تاثیر نیرومندی می‌تواند دوباره آن را در بیاورد ما می گوییم که اتم در پایین ترین سطح افتاده‌است و در حالت پایداری است.

ولی در اینجا باید توجه کنیم که بین قله و پست ترین بخش‌های دره حالت‌های بینابینی نیز وجود دارد. ممکن است توپ در فرورفتگی ناچیزی در حال سکون باشد که می توان آن را به یاری به اصطلاح دمی از هوا و با حداقل فشار کمی از مخمصه نجات داد. این حالت ناپایدار تزلزل پذیر است. بدین ترتیب در کنار حالت پایدار و تحریک شده نوع سومی از سطح انرژی - نوع تزلزل پذیری - وجود دارد. خلاصه کنیم در اینصورت انتقال در هر دو جهت روی خواهد داد. ابتدا یک اتم و سپس اتم دیگری به سطح انرژی بالاتری حرکت خواهد کرد. در لحظه بعدی آن‌ها به سطح پایین تر سقوط خواهد کرد و نور خارج می‌کنند ولی در همان زمان ویژه اتم‌های دیگری انرژی دریافت خواهد کرد و به سطح‌های بالاتر ارتقا خواهند یافت.

قانون بقای انرژی ملزم می‌کند که تعداد انتقال به بالا با تعداد انتقال به پایین برابری می‌کند. تعداد انتقال به بالا به چه چیزی بستگی دارد؟

دو عامل: نخست تعداد اتم‌ها در طبقه پایین تر و دوم تعداد ضربه‌ها یا برخورد که آن‌ها را به طبقه بالاتر ارتقا می‌دهد از تعداد رو به پایین چه؟

البته آن با تعداد اتم‌های واقع در طبقه بالاتر تعیین می‌شود و به نظر خواهد رسید که مستقل از هر عامل دیگری است. این دقیقاً همان چیزی است که فیزیکدانان در ابتدا تصور می‌کردند و با این حال تکه‌ها با هم جور در نمی‌آمدند. تعداد انتقال‌های بالا که به دو عامل بستگی دارد با مقایسه تعداد انتقال‌های رو به پایین که تنها به یک عامل بستگی دارد با افزایش دما بسیار تندتر افزایش می‌یافت. معلوم شد که این مدل چنین آشکاری هیچ و پوچ است. دیر یا زود همه اتم‌ها به بالاترین سطح رانده می‌شدند. سیستم در حالت ناپایداری بدون هیچ تابشی می‌بود.

دقیقاً همین نتیجه گیری غیر ممکن بود که انیشتین در سال ۱۹۲۶ از میان استدلال‌های پیشینیان خود دست چین کرد. ظاهراً تاثیر «نفوذ» دیگری وجود داشت که بر انتقال اتم‌ها از طبقه بالاتر به طبقه پایین تر اثر می‌گذاشت. هر کس تنها می‌توانست نتیجه بگیرد که علاوه بر انتقال خودبخودی انتقال اجباری به سطح پایین تر وجود داشت.

به اصطلاح تابش (امیسیون) تحریک شده چیست؟ به طور خلاصه این است سیستمی در سطح پایین تر است آن با تفاوتE2-E1=hv از سطح پایین تر جدا شده‌است. اینک هرگاه فوتونی با انرژی hv بر روی سطح بیفتد در اینصورت سیستم را وادار می‌کند تا به سطح پایین تری حرکت کند. این فوتون افتاده در طول روند جذب نمی‌شود ولی به حرکت خود ادامه می‌دهد در حالی که با فوتون تازه‌ای دقیقاً از همان نوع که توسط فوتون نخست ایجاد شده‌است همراهی می‌شود. در این استدلال دنبال هیچ منطقی نباشید. آن استدلال اشراقی حدس بود و قرار بود آزمایش درست یا نادرست بودن آن را اثبات کند

با استفاده از فرض خروج (تابش) تحریک شده ما قادریم فرومولی کمی اتخاذ کنیم که نمودار تابش را به صورت تابعی از طول موج جسم گرم شده نمایان می‌سازد. تئوری ثابت کرد که توافق نمایانی با آزمایش دارد و بدین ترتیب فرضیه را محق جلوه داد.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]