إشعاع الجسم الأسود: الفرق بين النسختين
| [مراجعة غير مفحوصة] | [مراجعة غير مفحوصة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
ط روبوت: استبدال قوالب: Reflist; تغييرات تجميلية |
أنشأت بترجمة الصفحة "Black-body radiation" |
||
سطر 1:
[[ملف:Black_body.svg|تصغير|303x303بك|كلما
[[ملف:PlanckianLocus.png|تصغير|341x341بك|هذا اللون ( <nowiki/>[[لونية]] ) الخاص بإشعاع الجسم الأسود يعتمد على حرارة هذا الجسم الأسود ؛ الـ<nowiki/>[[محل هندسي]] لهذه الألوان موضح هنا في <nowiki/>[[الفضاء اللوني سي آي إي 1931]] والذي يعرف أيضا بالمحل الهندسي لبلانك ( <nowiki/>[[:en:Planckian_locus|https://en.wikipedia.org/wiki/Planckian_locus]] ) ]]
'''إشعاع الجسم الأسود '''هو نوع من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي ( <nowiki/>[[موجة كهرومغناطيسية]] ) من داخل الجسم أو من خلال الإحاطة بجسم في حالة اتزان حراري ( <nowiki/>[[توازن حراري]] ) أو ( <nowiki/>[[توازن ترموديناميكي]] ) أو أن هذا الإشعاع انطلق من جسم أسود ( غير نافذ وغير قابل لعكس الأشعاعات الموجهة إليه) من خلال عملية تكون فيه الحرارة ثابتة ومنتظمة. وإن هذا الإشعاع لديه مدى محدد من الطيف والشدة والتي تعتمد فقط على حرارة هذا الجسم.
سطر 13:
إن مصطلح الجسم الأسود تم تقديمه بواسطة العالم [[غوستاف روبرت كيرشهوف]] في عام 1860. عندما تم استخدامه كـ compound adjective أي صفة مركبة. هذا المصطلح كُتب كأنه موصول بواصلة أي مرتبط بشئ ما. كمثال على ذلك اشعاع الجسم الأسود ( black-body radiation ) . ولكن بعض الأحيان يُسمى بكلمة واحدة فقط ( blackbody radiation ) أي أنها كلمة ملتصقة ببعضها. وايضا إشعاع الجسم الأسود في بعض الأحيان يسمى الإشعاع الكامل ( complete radiation ) أو إشعاع درجة الحرارة ( temperature radiation ) أو الإشعاع الحراري ( thermal radiation ).
== الطيف
إن اشعاع الجسم الأسود يحتوي على خاصية مميزة ومستمرة ألا وهي الطيف الترددي ( <nowiki/>[[طيف تردد]] ) والذي فقط يعتمد على حرارة الجسم. هذا الإشعاع أيضا يطلق عليه طيف [[بلانك]] ( Planck spectrum ) أو <nowiki/>[[قانون بلانك]]. هذا الطيف يتميز بتردده المتخصص وحيث أن التردد يزداد بزيادة الحرارة ولهذا فإن في درجة حرارة الغرفة معظم الإشعاعات المنبعثة تكون في [[منطقة]] الأشعة [[تحت الحمراء]] من الطيف الكهرومغناطيسي ( [[طيف كهرومغناطيسي]] ). وكلما زادت درجة الحرارة بحوالي 500 درجة سيليزية ، كلما انبعث من الجسم الأسود حزمة من الأشعة الضوئية المرئية لعين [[الإنسان]] المجردة. تُرى في [[الظلام]] ، إن أول نور يصدر من الجسم الأسود يكون لونا رماديا مثل الشبح ويكون بشكل مرئي. ومع ارتفاع درجة الحرارة الشعاع الصادر يزداد وضوحا وتألقاً حتى ولو لم يكون المحيط ظالما كاحلا بل لو كان هناك ضوء خافت في المحيط يظهرالشعاع يشكل يمكن إداركه. اللون الأول الذي يظهر هو [[الأحمر]] الباهت ثم [[الأصفر]] ثم في النهاية يقع اللون الأبيض الزرقاوي مع ارتفاع [[درجة الحرارة]]. وعندما يظهر الجسم بشكله الأبيض التام يظهر جزء من [[الضوء]] على هيئة [[طاقة]] من اشعاع فوق بنفسجي (
إن اشعاع الجسم الأسود توفر مفهوما حول حالة التوازن الثيرمودايناميكي ( [[توازن ترموديناميكي]] ) مع اشعاع التجويف. لو كان لكل متسلسلة فوريير ( هي طريقة تتيح كتابة أي دالة رياضية دورية في شكل متسلسلة أو مجموع من دوال الجيب وجيب التمام مضروب بمعامل معين. ) لإشعاع الإتزان في حالة تجويف فارغ تماماً مع جدران عاكسة تماما فتعتبر بمثابة درجة من الحرية لتبادل الطاقات وبالتالي بالنسبة إلى [[مبرهنة التوزع المتساوي]] للفيزياء التقليلدية أو الكلاسيكية ( هي مبرهنة تقول أنه في حالة تواجد نظام في توازن حراري عند درجة حرارة معينة تمتلك كل درجة حرية نفس القدر من الطاقة )فإنه توجد كميات متساوية من الطاقة في كل نظام. ولأن هناك عدد لا نهائي من الأنظمة فهذا يعني وجود عدد لا نهائى من السعات الحرارية ( وهي قيمة تبين مدى قابلية جسم ما لتخزين الطاقة الحرارية. حيث ترمز C لقيمة الطاقة الحرارية Q التي يجب إمداد جسم أو نظام ما بها لرفع درجة حرارته درجة مئوية واحدة. ) أي طاقات لا مجدودة عند أي درجة حرارة غير صفرية. وأيضا خلال الطيف غير الفيزيائي للإشعاع المنبعث والذي يتمدد من دون حدود مع زيادة التردد تلك المشكلة تسمى [[الكارثة فوق البنفسجية]]. وبالعكس من ذلك فمن خلال النظرية الكمية فإن أرقام الاحتلال ( Occupation Numbers ) للأنظمة المكممة. وعندما يحدث قطع للطيف عند الترددات العالية بالاتفاق مع المشاهدات التجريبية تحدث تلك الكارثة الفوق بنفسجية.
سطر 30:
إشعاع الجسم الأسود يصبح ضوءاً منيرا ومرئيا لو كانت درجة الحرارة الخاصة بالجسم عالية بشكل كافٍ. نقطة درابر هى عبارة عن درجة الحرارة التي عندها تتوهج كل المواد الصلبة باللون الأحمر الخافت عند حوالي 798 درجة حرارة كلفينية. وعند درجة الحرارة 1000 كلفن، فإن أي فتحة صغيرة في جدران أي تجويف غير شفاف الجدران - يسمى في بعض الأحيان بالفرن - فإنها ترى من الخارج باللون الأحمر. وعند درجة حرارة 6000 كلفن ، فإنها تبدو باللون الأبيض. أياً كانت نوع المادة المستخدمة في صناعة هذا الفرن أو حتى أياً كان تركيبه طالما أن الضوء الملقى عليه يتم امتصاصه بوساطة جدران هذا الفرن فإن ذلك يمثل بمثابة إشعاع الجسم الأسود التقريبي. ولهذا فإن اللون أو الطيف للضوء يكون فقط معتمدا على درجة حرارة هذا التجويف فقط. إن الشكل المرسوم بالأعلى وهو عبارة عن رسم لاعتماد كمية الطاقة داخل الفرن على وجدة الأحجام أو وحدة الترددات تسمى باسم منحنى الجسم الأسود. وكل منحنى يتم الحصول عليه بتغيير فقط درجات الحرارة.
[[ملف:Pahoehoe_toe.jpg|يسار|تصغير|250x250بك|درجة حرارة الحممم البركانية التي تدفق من البراكين يمكن معرفتها فقط من خلال التعرف على لون الحمم نفسها. إن النتائج نفسها تكون صحيحة خلال مدى معين من درجات الحرارة من ألف درجة سيليزية وحتى ألف ومائتين. 1000 حتى 1200]]
كل جسمين في نفس درجة الحرارة يظلون في حالة اتزان حرارى متبادل ولهذا فإن الجسم عند درجة حرارة T والمحاط بسحابة من الضوء عند نفس درجة الحرارة T في المتوسط فإنه سوف يبعث بإشعاع مساوٍ للإشعاع الذي يمتصه ، نسبة إلى مبدأ بريفوست للتبادل ( Prevost's exchange principle ) والتي تنص على الإتزان الإشعاعي. إن مبدأ الإتزان التفصيلي ( detailed balance ) ينص على أنه في حالة الإتزان فإن كل عملية أساسية تعمل بالتساوي في الاتجاة الأمامي والإتجاة الخلفي. ولقد أوضح بريفست أيضا أن الإنبعاث من أي جسم يتم حسابه بشكل منطقى منفردا باستخدام حالة الجسم الداخلية.
<ref>{{قالب:Harvard citation no brackets|Kondepudi|Prigogine|1998}}, Section 9.4.</ref><span class="cx-segment" data-segmentid="136"></span>
[[ملف:Ilc_9yr_moll4096.png|تصغير|300x300بك|صورة من عام 2012 للاشعاع الميكروييفي الأرضي الكوني
مع الأسطح الغير سوداء، التغير في الأداء المثالي للجسم الأسود يمكن حسابه بواسطة شيئين أولهما : التكوين السطحي مثل الصلابة والتقسيمات والتركيب الكيميائي. في مستوى وحدة الأطوال الموجية ، فإن الأجسام الحقيقية في حالات الإتزان الثيرموديناميكي المحلي تظل تتبع قانون كيهرشوف: الانبعاثية تساوي الامتصاصية ولهذا فإن أي جسم لا يمتص الضوء العادي سوف يبعث أقل اشعاع من اشعاع الجسم الأسود؛ ولهذا فإن عملية الامتصاص الغير كاملة يمكن أن تكون بسبب عدد من الضوء العرضي والذي تم ارسالة من خلال الجسم أو أنه تم اعكاسه عند سطح الجسم.
في علم الفلك ، الأجسام مثل النجوم يتم اعتبارها بشكل مستمر على أنها أجسام سوداء ، على الرغم من أن هذا التقارب غير دقيق. والتقريب الأدق لطيف الجسم الأسود المثالي تم استعراضة بواسطة cosmic microwave background radiation.[[ إشعاع هوكينغ]] هو الاشعاع الافتراضي للجسم الأسود المنبعث من الثقوب السوداء وعند درجة حرارة تعتمد على الكتلة والشحنة ودوران الثقب. ولو أن هذا التنبأ صحيحا، فإن الثقوب السوداء تنكمش تدريجيا وتتبخر مع الوقت لأنها تفقد كتل مع الوقت بواسطة هذا الانبعاث من الفوتونات والجسيمات الأخرى.
== معادلات رياضية ==▼
الجسم الأسود يشع طاقة عند كل الترددات الموجية ولكن شدته تميل إلى أن تكون صفر بشكل سريع عند الترددات العالية والأطوال الموجية القصيرة. كمثال على ذلك ، جسم أسود عند درجة حرارة الغرفة يعني 300 كلفن ولدية مساحة سطح تساوي واحد متر مربع سيبعث فوتون في المدى المرئي لعين الانسان المجردة في نطاق (390–750 nm) في المعدل المتوسط أي فوتون واحد كل 41 ثانية، وهذا يعني في أغلب الحالات العملية فإن الجسم الأسود لا يبعث أشعة في المدى المرئي في أغلب الأوقات.
=== قانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود ===▼
ينص قانون بلانك على :
: <math>I(\nu,T) =\frac{ 2 h\nu^{3}}{c^2}\frac{1}{ e^{\frac{h\nu}{kT}}-1}</math>
السطر 49 ⟵ 54:
: ''درجة الحرارة المطلقة للجسمT'' absolute [[درجة حرارة|temperature]] of the body.
=== قانون فين للإزاحة
يوضح <nowiki/>[[قانون فين للإزاحة]] كيفية أن الطيف لإشعاع الجسم الأسود عند أي درجة حرارة مرتبط بالطيف عند أي درجة حرارة. إذا تمكنا من معرفة شكل الطيف عند درجة حرارة واحدة فإننا يمكننا بسهولة معرفة الشكل عند أي درجة حرارة أخرى بواسطة هذا القانون. الشدة الطيفية يمكن التعبير عنها بواسطة دالة من الطول الموجي أو التردد.
السطر 75 ⟵ 80:
: <math>j^{\star}=\sigma T^4, \sigma \equiv {2\pi^5 \over 15}{k^4\over c^2h^3}</math>
== اشعاع الجسم البشري
{| class="bordered infobox" style="width:22em"
| style="text-align:left;" |[[ملف:Human-Visible.jpg|229x229بك]]
السطر 101 ⟵ 106:
* تأثير البياض أو الوضاءة ( <nowiki/>[[وضاءة]] ) التي تسبب جزءا من الضوء ينعكس بواسطة الكوكب.
* تأثير ما يسمى بالبيت الزجاجي ( <nowiki/>[[تأثير البيت الزجاجي]] )للكواكب مع غلافها الجوي.
* الطاقة الناتجة من الكوكب نفسه لعدة عوامل منها اضمحلال النشاط الإشعاعي ( <nowiki/>[[اضمحلال نشاط إشعاعي]] ) والحرارة المدي جزرية ( <nowiki/>[[:en:Tidal_heating|https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_heating]] ) والاتفاقي الأديباتي من خلال التبريد.{{
== قراءاة أخرى ==
السطر 107 ⟵ 112:
* {{قالب:مرجع كتاب|author=Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph|title=Modern Physics|edition=4th|publisher=W. H. Freeman|year=2002|isbn=0-7167-4345-0}} CS1 maint: Multiple names: authors list (link)
== وصلات خارجية
* [http://www.spectralcalc.com/blackbody/blackbody.html Calculating Black-body Radiation] Interactive calculator with Doppler Effect. Includes most systems of units.
* [http://academo.org/demos/colour-temperature-relationship/ Color-to-Temperature demonstration] at Academo.org
السطر 114 ⟵ 119:
* [http://webphysics.davidson.edu/Applets/java11_Archive.html Black-Body Emission Applet]
* [http://demonstrations.wolfram.com/BlackbodySpectrum/ "Blackbody Spectrum"] by Jeff Bryant, Wolfram Demonstrations Project, 2007.
[[تصنيف:فيزياء فلكية]]
[[تصنيف:إشعاع كهرومغناطيسي]]
| |||