بحث حول اشعاع الجسم الاسود خصائص اشعاع الجسم الاسود
مخلص الثانوية الشعاع الجسم الاسود
شرح وحل ملخص مرحباً اعزائي طلاب وطالبات العلم في موقعنا باك نت يسرنا بزيارتكم أن نقدم لكم من كتاب الطالب 2023 شرح ملخص وحل تطبيقات دروس ونصوص مقترح كما نقدم لكم الأن أعزائي الطلاب... بحث حول اشعاع الجسم الاسود خصائص اشعاع الجسم الاسود
الإجابة هي
ما هو اشعاع الجسم الاسود
هو نوع من انواع الاشعاع الكهرومغناطيسي من داخل جسم او من خلال الاحاطة بجسم في حالة اتزان حراري، او الاشعاع انطلق من جسم اسود من خلال عملية بتكون فيه الحرارة ثابتة ومنتظمة، والاشعاع بيكون ليه مدى من الطيف والشدة، واللي بتعتمد بس على حرارة الجسم دا، الاشعاع الحراري اللي طالع تلقائيا من الاجسام العادي ممكن نعتبره وكأنه اشعاع جسم اسود لانه مش موجود في الطبيعة، وهو عبارة عن تطويق معلق باحكام واللي بيمكنه في حالة الاتزان الحراري الداخلي احتواءه على اشعاع الجسم الاسود، واللي من خلاله بتنبعث منه الاشعاعات من خلال فتحة في جداره بحيث تكون صغيرة بالقدر الكافي اللي يحافظ على الاتزان داخل الجسم دا.
كيف نقدر نرصده
الجسم الاسود دا في درجة حرارة الغرفة العادية يظهر زي غالب الطاقات اللي بتشع على شكل موجات تحت الحمراء، ولكن مش بنقدر ندركها بالعين المجردة، لان العين مش بتقدر تدرك الالوان اللي بشدة اضاءة منخفضة. الجسم الاسود بيتشاف في الضلمة عند درجات حرارة معينة من خلالها بيكون واضح وظاهر لعين الانسان، وبيتشاف في البداية باللون الرمادي لان عين الانسان حساسة للونين الابيض والاسود لما بتكون شدة الاضاءة منخفضة، في الحقيقة تردد الضوء عشان يكون مرئي بيبقى احمر في البداية وعلى الرغم من ان شدة الضوء تكون ضعيفة ومنخفضة جدا عشان نعتبرها حمراء، وحتى الطيف الفيزيائي تظهر قمته في مجال الاشعة تحت الحمراء، ونيجي للجزء الاهم وهو انه لما بتزيد درجة الحرارة الجسم الاسود واحدة واحدة فهو بيظهر بلون احمر باهت، ولما بتزيد درجة الحرارة اكتر بيظهر بشكله النهائي في لون الابيض، وهنا كانت بداية نظرية ميكانيكا الكم ودا اللي هتكلم عنه في المقال اللي جي.
خصائص اشعاع الجسم الاسود
اشعاع الجسم الاسود ليه خاصية مميزة ومستمرة، وهي الطيف الترددي واللي بيعتمد بس على حرارة الجسم. الاشعاع دا كمان بيطلق عليه اشعاع بلانك او قانون بلانك، الطيف دا بيتميز بتردده المتخصص بحيث ان التردد بيزيد لما الحرارة تزيد وعشان كدا، في درجة حرارة الغرفة بتكون معظم الاشعاعات المنبعثة في منطقة الاشعة تحت الحمراء. وكل ما زادت درجة الحرارة بحوالي 500 درجة كل ما انبعث من الجسم الاسود حزمة من الاشعة الضوئية المرئية للعين، اول نور بيصدر من الجسم الاسود بيكون لونه رمادي وبيكون في الضلمة، ومع ارتفاع درجة الحرارة الشعاع بيزيد وضوحه وحتى لو كان في ضوء، اللون الاول اللي هيظهر هو الاحمر الباهت بعده الاصفر لحد مايوصل للابيض، وبيكون جزء منه على هيئة اشعة فوق البنفسجية.
عايزك تكون عارف حاجة، كل المواد العادية بتنبعث منها اشعاعات كهرومغناطيسية لما تكون درجة الحرارة اعلى من الصفر المطلق، الاشعاع دا بيمثل تحول طاقة الجسم الحرارية لطاقة كهرومغناطيسية، وعشان كدا اسمها الاشعاع الحراري، وعلى عكس تماما المواد العادية بتمتص الاشعاع الكهرومغناطيسي لدرجة الجسم اللي بيمتص كل الاشعاعات الساقطة عليه بأي طول موجي، فالجسم دا اسمه جسم اسود لما يكون في درجة حرارة منتظمة فاشعاعه يكون محدد بتوزيع يتناسب مع درجة حرارته، الانبعاث دا اسمه اشعاع الجسم الاسود.
زي ماقلت الاجسام السودة المثالية مش موجودة في الطبيعة. الجرافيت والكربون الاسود بانبعاثية مقدارهت 0,95 وعلى الرغم من كدا هما بيمثلوا مواد سوداء نقدر نقول عليها حلوة، ونقدر نحصل على اشعاع الجسم الاسود بشكل ادق وافضل في الحالة المستقرة تماما، مثلا صندوق مقفول بحوائط الجرافيت في درجة حرارة ثابتة مع وجود فتحة صغيرة فيه، تقدر تصدر تقريب دقيق عن الحالة المثالية لاشعاع الجسم الاسود المنبعث من الفتحة دي.
توزيع الاشعاع
الجسم الاسود بيمتلك توزيع فريد ومستقر الشدة الاشعاعية، واللي تقدر تقاوم الاتزان الحراري للتجويف في حالة اتزان لكل تردد، فان الشدة الاشعاعية المنبعثة والمنعكسة من الجسم واللي هي عبارة عن الكمية المحصلة الاشعاع المغادر للسطح، وبنسميه الطيف الاشعاعي نقدر نحدده بشكل منفرد، عن طريق درجة حرارة الاتزان، ودي مش بتعتمد على شكل او نوع المادة او الشكل التركيبي للجسم. للجسم الاسود مافيش اشعاع منعكس، وعشان كدا فان الطيف الاشعاعي بيكون سبب الانبعاث الكلي، وضيف على كدا الجسم الاسود هو عبارة عن مبعث انتشاري، حيث ان انبعاثة وانتشاره مش بيتوقف على الاتجاه، وبالتالي فان اشعاع الجسم الاسود ممكن ننظر ليه كاشعاع من جسم اسود عند اتزان حراري، اشعاع الجسم بيبقى ضوء مرئي لو كانت درجة الحرارة الخاصة بالجسم عالية بشكل كافي.
التوهج
نقطة دريبر هي عبارة عن درجة الحرارة اللي الاجسام بتتوهج عندها كل المواد باللون الاحمر الخافت عند درجة حرارة 550 درجة فان اي فتحة صغيرة من جدران اي تجويف غير شفاف، فهي تتشاف من برة باللون الاحمر، وعند درجة حرارة 6000 فهتبان باللوة الابيض، مهما كانت نوع المادة المستخدمة في صناعة التجويف، او حتى مهما كان تركيب، طالما الضوء طالما الضوء بيتم امتصاصه من خلال الجدران، فدا بيمثل اشعاع الجسم الاسود التقريبي، وعشان كدا اللون او الطيف للضوء بيكون معتمد على درجة حرارة التجويف فقط.
كل جسمين في نفس درجة الحرارة بيفضلوا في اتزان حراري متبادل، وعشان كدا فان الجسم عند درجة الحرارة T والمحاط بسحابة من الضوء عند نفس درجة الحرارة في المتوسط، فهيبعث اشعاع مساوي للاشعاع اللي بيمتصه نسبة لمبدأ بريفست للتبادل، واللي بينص على الاتزان الاشعاعي على انه في حالة الاتزان فأنكل عملية اساسية تعمل بالتساوي في الاتجاه الامامي والاتجاه الخلفي، وبريفست وضح كمان ان الانبعاث من اي جسم يتم حسابه بشكلومنفرد باستخدام حالة الجسم الداخلية.
قانون بلانك الاشعاع الجسم الاسود
الجسم الاسود بيشع طاقة عند كل الترددات الموجية، ولكن شدته بتميل الى انها تكون صفر بشكل سريع عند الترددات العالية والاطوال الموجية القصيرة، مثال على كدا جسم اسود عند درجة حرارة الغرفة يعني حوالي 25 درجة وعنده مساحة سطح تساوي 1 متر مربع هيبعث فوتون في المدى المرئي للعين في نطاق 390-750 نانو في المعدل المتوسط يعني فوتون واحد كل 41 ثانية ودا يعني في اغلب الحالات العملية فان الجسم الاسود مش بيبعث اشعة في المدى المرئي في اغلب الاوقات المعادلات الرياضية.
قانون بلانك:
I (V , T) = 2hV³/C² × 1/hV÷e^(KT) - 1
هسيبلك صورة ليه عشان ماتهش
بحيث ان I هي عبارة عن الطاقة بوحدة الزمن او الطاقة المشبعة خلال وحدة المساحة من السطح المبعث في الاتجاه العمودي لوحدة الزاوية الصلبة في وحدة التردد للجسم الاسود عند درجة الحرارة T واللي معروفة بالاشعاعية الطيفية
h: ثابت بلانك
C: سرعة الضوء في الفراغ
K: ثابت بوليتزمان
V: التردد للاشعاع الكهرومغناطيسي
T: درجة حرارة المطلقة للجسم
قانون ڤين للازاحة
يوضح قانون ڤين كيفية ان الطيف لاشعاع الجسم الاسود عند اي درجة حرارة مرتبط بالطيف، لو قدرنا من معرفة شكل الطيف عند درجة حرارة واحدة فهنقدر بسهولة نعرف الشكل عند اي درجة حرارة تانية، من خلال القانون دا. الشدة الطيفية ينقدر نعبر عنها من خلال دالة من الطرل الموجي او التردد.
نتيجة لقانون ڤين للازاحة هو ان الطول الموجي عند الشدة في وحدة الطول الموجي للاشعاع الناتج من خلال الجسم الاسود توصل لقيمتها العظمى هي دالة فقط في درجة الحرارة
λmax= b/T
حيث ان b هو ثابت معروف قيمته باسم ثابت ڤين للازاحة