جسم سیاه

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

در فیزیک، جسم سیاه جسم ایده‌آلی است که همهٔ نوری را که در همهٔ بسامدها و از همهٔ زوایه‌ها، از هر کجا و با هر شدتی که به آن می‌تابد جذب می‌کند؛ هیچ تابش الکترومغناطیسی از جسم سیاه بازنمی‌تابد یا نمی‌گذرد، و به همین دلیل چنین جسمی هنگامی که سرد است سیاه دیده می‌شود. یک جسم سیاه در تعادل گرمایی (دمای ثابت)، پرتوهای الکترومغناطیسی تابش می‌کند که به آن تابش جسم سیاه گویند. طیف حاصل از تابش مستقل از جنس و شکل جسم است و تنها به دمای آن بستگی دارد.

طیف جسم سیاه. هرکدام از خط‌های رنگی (که نمایندهٔ دماهای گوناگون هستند) نشان می‌دهند که در طول موج‌های گوناگون شدت تابش چه قدر است. با کم شدن دما، قلهٔ تابش جسم سیاه به سمت شدت‌های کمتر و طول موج‌های بیشتر می‌رود.

یک جسم توخالی، یا یک چاردیواری تاریکی که تنها سوراخ کوچکی برای ورود یا خروج تابش نور دارد (کاواک) شبیه‌سازی تقریبی خوبی برای تجسم یک جسم سیاه ایده‌آل است. هر تابشی که از راه این سوراخ وارد حفره شود، بی‌نهایت بار به همه سو بازتاب می‌یابد. این بازتابش‌های پی‌درپی بر دیواره‌های داخلی جسم سرانجام سبب جذب و درآشامیده شدن آن می‌شود. به همین دلیل، اگر از سوراخ به درون جسم بنگریم آن را هم سیاه خواهیم دید.

اگر جسم سیاه داغ شود، از خود موج الکترومغناطیسی می‌تاباند. طیف این تابش (یعنی شدت نسبی طول موجهای گوناگون در این تابش) مستقل از جسم سیاه است و فقط به دمای آن بستگی دارد. بررسی دقیق طیف جسم سیاه در آغاز سدهٔ بیستم میلادی از سوی پلانک یکی از نخستین انگیزه‌های ساختن نظریهٔ مکانیک کوانتومی بود.

طیف جسم سیاه[ویرایش]

قانون پلانک[ویرایش]

رابطهٔ شدت تابش بر حسب بسامد (که رابطهٔ عکس با طول موج دارد) از قانون پلانک برای جسم سیاه بدست می‌آید:

در رابطهٔ بالا:

قانون جابه‌جایی وین[ویرایش]

رابطهٔ دمای جسم سیاه با طول موج که بیشترین شدت تابش در آن تابیده می‌شود، از قانون وین به دست می‌آید:

نانومتر (nm) واحد مناسبی برای سنجش طول موج نور در محدودهٔ مرئی است. ۱ نانومتر برابر با ‎۱۰−۹متر است.

قانون استفان-بولتزمن[ویرایش]

کل انرژی‌ای که جسم سیاه بر واحد سطح بر واحد زمان می‌تاباند با دمایش رابطه‌ای دارد که از قانون استفان-بولتزمن به دست می‌آید:

در رابطهٔ بالا σ ضریب استفان-بولتزمن است.

مثال)

قسمت جسم سیاه:

یک لامپ رشته‌ای 100 w، دمای سیم 3000 k، چه کسری از انرژی تابشی به نور مرئی تبدیل می‌شود؟

G=A+R+T A=absorbation

R=reflection

T=transmision

ضریب جذب

ضریب انعکاس

ضریب عبور

اگر تابع نباشد جسم خاکستری

اگر جسم کدر

مثال)

الف)

ب)

ج)

خالص دریافتی را حساب کنید؟

الف)

ب)

ج)

اگر حسم خاکستری باشد:

اگر جسم خاکستری باشد:

تابش دریافتی از خورشید:

ضریب دید:

میزان تابش دریافتی سطح j از سطح i به روی کل تابش سطح i

قانون عکس:

ّ

برای سطوح صاف = ۰

برای سطوح محدب = ۰

برای سطوح مقعر>۰

قانون جمع:

برای یک محفظه بسته n سطحی:تعداد مجهولات:

تعداد معادلات قانون جمع:

n

تعداد معادلات قانون عکس:

جمع کلیه روابط:

مثال)

محفظه سه سطحی:

تعداد مجهولات = ۹

قانون جمع = ۳

قانون عکس = ۳

۳ مجهول باید با استفاده از حل معادله تعیین شود.

منابع[ویرایش]

  • وایدنر، ریچارد و سلز، رابرت. «فیزیک مولکولی و فیزیک حالت جامد». در مبانی فیزیک نوین. ترجمهٔ علی‌اکبر بابائی، مهدی صفا. چاپ هفتم. تهران: مرکز نشر دانشگاهی، ۱۳۸۲. 

جستارهای وابسته[ویرایش]