تقرير عن اشعاع الجسم الاسود

. إشعاع الجسم "الأسود"
1-1 Blackbody Radiation
- الفيزياء التقليدية لم تتمكن من شرح إشعاع الجسم الأسود
- Blackbody Radiation could not be explained by classical physics
من أهم النتائج التجريبية التي أحدثت ثورة في المفاهيم الفيزيائية التقليدية
تلك المتعلقة بالإشعاع الصادر من الأجسام عند تسخينها. فمن المعلوم عند
تسخين جسم ما، نجد أن لونه يتغير مع زيادة درجة الحرارة حيث يبدأ بالأحمر
ثم الأبيض ثم الأزرق. وبدلالة التردد، نقول أن الإشعاع المنبعث من هذا الجسم
يبدأ بترددات منخفضة، وعند ارتفاع درجة الحرارة، تزداد الترددات، حيث أن
اللون الأحمر ذو تردد قليل في منطقة طيف الإشعاع وذلك مقارنة باللون
الأزرق. إن طيف التردد للإشعاع المنبعث من جسم ما يعتمد على طبيعة الجسم
والذي يمتص أو يبعث كل الترددات ،deal body نفسه، ولكن الجسم المثالي
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- ٤ -
يسمى بالجسم الأسود ويعتبر حالة مثالية لأي مادة تُصدر إشعاع. الإشعاع
المنبعث من "جسم أسود" يسمى إشعاع الجسم الأسود.
an ideal body, which absorbs and emits all frequencies, is called
a blackbody and serves as an idealization for any radiating material,
the radiation emitted by a blackbody is called blackbody radiation.
1 يوضح تغير شدة الإشعاع الصادر من جسم أسود مع التردد - شكل 1
وذلك عند درجات حرارة مختلفة. وقد حاول العديد من الفيزيائيين استنتاج
1) ولكن بدون توافق كامل - معادلة رياضية تشرح النتائج التجريبية (في شكل 1
وأولى المحاولات لوصف هذه النتائج قام بها كل من العالمين رالي وجينز
والتي اشتقت بناءاً على قوانين القرن التاسع عشر ويمكن Rayleigh and Jeans
كتابة هذه العلاقة بالصيغة:
2 (1-1)
3
B ν
C
8 K T
u (ννT)
D
=
ووحدتها جول لكل متر energy density كثافة الطاقة u (n ,T) حيث
سرعة الضوء، c ، درجة الحرارة بالكيلڤن T ،(1- في المعادلة ( 1 .(J/m مكعب ( 3
1 يبين العلاقة حسب معادلة - ثابت بولتزمان. الخط المتقطع في شكل 1 KB
رالي- جينز. لاحظ التوافق بين هذه العلاقة والنتائج التجريبية عند الترددات
المنخفضة. عند الترددات العالية، وحسب معادلة رالي-جينز، فإن كثافة
وتصل إلى مالا نهاية وذلك عندما تصل الترددات n الإشعاع تزداد طبقاً ل 2
وهذا ultraviolet إلى مالا نهاية وهذا يحدث في منطقة الأشعة فوق البنفسجية
(1- من المعادلة ( 1 .ultraviolet catastrophe ما يعرف بالانهيار فوق بنفسجي
ولكل الترددات من صفر إلى مالا نهاية.
ò ò
¥
°
¥
°
= ν dν®¥
C
8 k T
u (ν T) dν 2
3
B
1
D
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- ٥ -
وهذه النتيجة تتناقض مع النتائج التجريبية حيث أن شدة الإشعاع تزداد مع
ثم تقل إلى n max زيادة التردد لتصل إلى أقصى قيمة عند تردد معين نرمز له ب
الصفرة هذا يعني أن قيمة التكامل لا تساوي مالا نهاية. ومن الجدير بالذكر
تتغير مع تغير درجة الحرارة كما هو موضح بالشكل. n max كذلك ملاحظة أن
FIGURE 1.1
Spectral distribution of the intensity of blackbody radiation as a
function of frequency for several temperatures. The intensity is given
in arbitrary units. The dashed line is the prediction of classical
physics. As the temperature increases. The maximum shifts to higher
frequencies and the total radiated energy (the area under each curve)
increases significantly. Note that the horizontal axis is labeled by
n /1014 s-1. This notation means that the dimensionless numbers on that
axis re frequencies divided by 1014 s-1. We shall use this notation to
label columns in tables and axes in figures because of its unambiguous
nature and algebraic convenience.
PDF created