بررسی تابش جسم سیاه

 

حال می‌خواهیم تابش جسم سیاه را بررسی كنیم. امّا لازم است قبل از آن كمیتی به نام تابندگی  را تعریف كنیم.

تابندگی:

مقدار انرژی امواج الكترومغناطیس با طول موج بین و كه در واحد زمان از واحد سطح جسم گسیل می‌شود را تابندگی جسم در طول موج  گویند. تابندگی جسم را با نشان می‌دهند. با انتخاب بازه كوچك از طول موج می‌توان گفت كه تابندگی () انرژی تابشی با طول موج است كه در واحد زمان از واحد سطح جسم گسیل می‌شود.

تابش جسم سیاه شامل تمام طول موج هاست. به نظر شما با افزایش طول موج، مقدار تابندگی آن طول موج چگونه تغییر می‌كند؟ به طور مثال آیا افزایش می‌یابد؟ انتظار دارید نمودار تابندگی برحسب طول موج چگونه باشد؟

شاید شما هم همانند فیزیك كلاسیك انتظار داشته باشید با افزایش طول موج ( كاهش بسامد ) تابندگی مربوط به آن طول موج كم شود ولی آنچه در طبیعت رخ می‌دهد دور از انتظار بوده و فیزیك كلاسیك نمی‌تواند آن را توجیه كند.

در شكل‌های زیر نمودار تابندگی بر حسب بسامد یك جسم سیاه رسم شده است، در یكی از شكل‌ها رنگ امواج الكترومغناطیسی ترسیم شده و در شكل دیگر نتایج تجربی تابش جسم سیاه با پیش بینی فیزیك كلاسیك مقایسه شده است.

از مباحث الكترومغناطیس در فیزیك كلاسیك می‌دانیم كه حركت شتاب دار ذره‌های باردار باعث گسیل امواج الكترومغناطیس می‌شود. گرم شدن و افزایش دمای یك جسم باعث نوسان ذره‌های باردار جسم شده كه نتیجه آن گسیل شدن امواج الكترومغناطیس خواهد بود.

بر اساس محاسبات فیزیك كلاسیك، پیش بینی می‌شود كه مقدار انرژی تابشی گسیل شده برای طول موج كوتاه (بسامد زیاد) باید بسیار بزرگ باشد ولی طبق نمودار قبل می‌بینید كه در طول موج‌های میانی، تابندگی به حداكثر می‌رسد. این مثال فیزیكی از مواردی است كه فیزیك كلاسیك در توجیه نتایج تجربی آن ناتوان بود.

با توجّه به شكل بالا می‌توان گفت وقتی دمای جسمی آنقدر افزایش یابد كه نور مرئی ساطع كند نور آن به رنگ قرمز خواهد بود، این بدان معنی است كه تابندگیِ نور با طول موج قرمز حداكثر است درحالی ‌كه مطمئناًً نور با رنگ‌های دیگر از جمله آبی نیز از جسم ساطع می‌شود. افزایش دمای جسم باعث می‌شود كه رنگ نور جسم آبی (طول موج كوتاهتر از

قرمز) به نظر آید در حالی‌كه نورهای دیگر مثل نور قرمز نیز مطمئناً از جسم ساطع می‌شوند، ولی تابندگی نور آبی حداکثر است.

به نظر شما تابش گسیل شده از ستارگان چگونه است؟ آیا نمودار آن با نمودار تابش جسم سیاه یكسان است؟

راهنمایی و حل:

همان طور كه در شكل زیر می‌بینید تابش ستارگان مشابه تابش جسم سیاه است.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا