إشعاع الجسم الأسود
| English | العربية |
|---|---|
| blackbody radiation/ˈblækbɒdi ˌreɪdɪˈeɪʃn/ | إشعاع الجسم الأسود |
اسخّن معدناً فسيتوهج أحمر، ثم برتقالي، ثم أبيض
- الساقية الباردة تكون مظلمة؛ اسخنها فتتوهج بأحمر باهت، ثم برتقالي، ثم أبيض ساحر.
- كل جسم دافئ يتوهج — اللون يخبرك بدرجة حرارته.
- هذا التوهج هو إشعاع الجسم الأسود، يُشعّه جميع الأجسام الساخنة.
- شرح شكله تطلب فكرة جديدة كلياً — ولادة نظرية الكم.
منحنى الإشعاع
- يصدر الجسم الساخن توزيعاً سلساً من الأطوال الموجية، مع ذروة واضحة.
- ارسم الشدة مقابل الطول الموجي لتحصل على منحنى يرتفع إلى ذروة ثم ينخفض.
- الجسم الأكثر حرارة يتوهج بشدة أكبر (منحنى أعلى) عند كل طول موجي.
- تنزاح ذروته أيضاً نحو طول موجي أقصر — من الأحمر نحو الأزرق.
مع ارتفاع حرارة الجسم الأسود، يتحول طول موجته الذروياً:
الجسم الأكثر سخونة ذروة عند طول موجة أقصر — يتحول التوهج نحو الأزرق.
يُصدر الجسم الأسود الأكثر سخونة كثافة إشعاعية أعلى عند كل طول موجة مقارنة بالأجسام الأبرد.
منحنى السخونة أعلى عند جميع أطوال الموجات.
اللون يكشف درجة الحرارة
- ونظراً لأن الذروة تنزاح مع درجة الحرارة، فإن لون التوهج يكشف مدى سخونة الشيء.
- النجم الأحمر أبرد؛ النجم الأزرق-الأبيض أكثر سخونة (عكس الإحساس اليومي بأن "الحرارة = أحمر").
- يحكم علماء الفلك على درجة حرارة النجم من خلال لون ضوئه.
- حتى جسمك يتوهج — في نطاق الأشعة تحت الحمراء، التي ترآها الكاميرات الحرارية.
نجمة حمراء ونجمة زرقاء بيضاء: أيهما أكثر سخونة؟
يصل الضوء الأزرق الأبيض إلى ذروة عند طول موجة أقصر، لذلك تلك النجمة أكثر سخونة.
يمكن استخدام لون جسم متوهج لتقدير حرارته.
يتحول طول الموجة الذروياً (اللون) مع درجة الحرارة، لذا يكشف اللون عنها.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول إشعاع الجسم الأسود.
السخونة = السطوع، الذروة أزرق، اللون = درجة الحرارة. فشلت الفيزياء الكلاسيكية؛ كانت كمّات بلانك ضرورية.
لماذا أطلقت هذه النظرية على نظرية الكم
- تنبأت الفيزياء الكلاسيكية بأن الجسم الساخن يجب أن ينفجر بطاقة لانهاية فوق بنفسجية — وهو أمر خاطئ بوضوح.
- أصلح ماكس بلانك ذلك بافتراض أن الطاقة تأتي على شكل كمات (حزم)، $E = hf$.
- منحى الكم الواحد هذا أعطى المنحنى الصحيح — وبدأ الفيزياء الكمومية.
- إشعاع الجسم الأسود هو المكان الذي أعلن فيه العالم الكمومي وجوده لأول مرة.
جسم أسود أكثر سخونة أم أقل؟
يتغير طيف الجسم الأسود مع درجة الحرارة. رتب كل حقيقة.
شرح بلانك منحنى الجسم الأسود بافتراض أن الطاقة تأتي في حزم تسمى ____.
كمّات الطاقة ($E = hf$) أعطت المنحنى الصحيح وبدأت نظرية الكم.
بالنسبة للجسم الأكثر حرارة، تنزاح الذروة نحو طول موجي أقصر (باتجاه الأزرق)، وليس أطول. هذا عكس الحدس اليومي حيث "الحرارة = أحمر". النجم الأزرق-الأبيض أكثر سخونة بكثير من النجم الأحمر.
نجمان يتوهجان، أحدهما أحمر والآخر أزرق-أبيض. أيهما أكثر سخونة؟
- النجم الأزرق-الأبيض أكثر سخونة — ذروته كجسم أسود عند طول موجي أقصر.
- النجم الأحمر أبرد، وذروته باتجاه الأطوال الموجية الأطول.
إشعاع الجسم الأسود هو توهج كل جسم ساخن. الجسم الأكثر حرارة يكون أكثر سطوعاً وتنتقل ذروته نحو طول موجي أقصر (أزرق) — لذا يكشف اللون عن درجة الحرارة. كان شرح المنحنى يتطلب فكرة بلانك بأن الطاقة تأتي على شكل كمات ($E = hf$)، مما أطلق نظرية الكم.