الجسم الأسود

يتكون التقريب الفيزيائي لنموذج مبرد الجسم الأسود من غرفة بيروجرافيت ساخنة وأجهزة محيطية تضمن استقرار درجة الحرارة.
مشع الجسم الأسود المستخدم في مختبر كارلو في بولندا. وهو تقريب لنموذج موصوف بقانون بلانك المستخدم كمعيار للإشعاع الطيفي .

مع انخفاض درجة حرارة الجسم الأسود، تقل أيضًا شدة إشعاعه وينتقل ذروته إلى أطوال موجية أطول. يظهر للمقارنة قانون رايلي-جينز الكلاسيكي وكارثته فوق البنفسجية .

الجسم الأسود أو الجسم الأسود هو جسم فيزيائي مثالي يمتص كل الإشعاع الكهرومغناطيسي الوارد ، بغض النظر عن التردد أو زاوية السقوط . الإشعاع المنبعث من الجسم الأسود في حالة توازن حراري مع بيئته يسمى إشعاع الجسم الأسود . يُطلق على "الجسم الأسود" الاسم لأنه يمتص جميع ألوان الضوء. على النقيض من ذلك، فإن الجسم الأبيض هو الجسم الذي له "سطح خشن يعكس جميع الأشعة الواردة بشكل كامل وموحد في جميع الاتجاهات". [1]

يصدر الجسم الأسود في حالة التوازن الحراري (أي عند درجة حرارة ثابتة) إشعاعًا كهرومغناطيسيًا أسود. ينبعث الإشعاع وفقًا لقانون بلانك ، مما يعني أن له طيفًا يتم تحديده من خلال درجة الحرارة وحدها (انظر الشكل على اليمين)، وليس من خلال شكل الجسم أو تركيبه.

الجسم الأسود المثالي في حالة التوازن الحراري له خاصيتان رئيسيتان: [2]

  1. إنه باعث مثالي: ففي كل تردد، يصدر قدرًا من الطاقة الإشعاعية الحرارية يساوي أو يزيد عن أي جسم آخر عند نفس درجة الحرارة.
  2. إنه باعث منتشر: يتم قياسه لكل وحدة مساحة بشكل عمودي على الاتجاه، حيث يتم إشعاع الطاقة بشكل متساوي الخواص ، بغض النظر عن الاتجاه.

تصدر المواد الحقيقية طاقة بنسبة ضئيلة - تسمى الانبعاثية - من مستويات طاقة الجسم الأسود. بحكم التعريف، فإن الجسم الأسود في حالة التوازن الحراري له انبعاثية ε = 1. غالبًا ما يشار إلى المصدر ذو الانبعاثية المنخفضة، بغض النظر عن التردد، باسم الجسم الرمادي. [3] [4] يظل إنشاء أجسام سوداء بانبعاثية قريبة من 1 قدر الإمكان موضوعًا ذا أهمية حالية. [5]

في علم الفلك ، يتم أحيانًا وصف الإشعاع الصادر عن النجوم والكواكب من حيث درجة الحرارة الفعالة ، وهي درجة حرارة الجسم الأسود الذي يصدر نفس التدفق الكلي للطاقة الكهرومغناطيسية.

تعريف

تم تقديم فكرة الجسم الأسود لأول مرة بواسطة جوستاف كيرشوف في عام 1860 على النحو التالي:

... الافتراض القائل بأنه يمكن تصور أجسام تمتص جميع الأشعة الواردة تمامًا، ولا تعكسها أو تنقلها، على الرغم من سماكتها الصغيرة للغاية. وسأسمي هذه الأجسام سوداء تمامًا ، أو باختصار، أجسام سوداء . [6]

يتخلى التعريف الأكثر حداثة عن الإشارة إلى "السمك الصغير بلا حدود": [7]

يُعرَّف الجسم المثالي الآن باسم الجسم الأسود . يسمح الجسم الأسود بمرور جميع الإشعاعات الواردة إليه (لا توجد طاقة منعكسة) ويمتص داخليًا جميع الإشعاعات الواردة (لا توجد طاقة تنتقل عبر الجسم). وينطبق هذا على الإشعاعات من جميع الأطوال الموجية وجميع زوايا السقوط. وبالتالي فإن الجسم الأسود هو ممتص مثالي لجميع الإشعاعات الواردة. [8]

المثالية

يصف هذا القسم بعض المفاهيم التي تم تطويرها فيما يتعلق بالأجسام السوداء.

تحقيق تقريبي لجسم أسود على شكل ثقب صغير في حاوية معزولة

تجويف به ثقب

النموذج المستخدم على نطاق واسع للسطح الأسود هو ثقب صغير في تجويف بجدران معتمة للإشعاع. [8] سيمر الإشعاع الساقط على الثقب إلى التجويف، ومن غير المرجح أن يعاد انبعاثه إذا كان التجويف كبيرًا. إن عدم وجود أي إعادة انبعاث يعني أن الثقب يتصرف مثل سطح أسود مثالي. الثقب ليس سطحًا أسودًا مثاليًا تمامًا - على وجه الخصوص، إذا كان الطول الموجي للإشعاع الساقط أكبر من قطر الثقب، فسوف ينعكس جزء منه. وبالمثل، حتى في حالة التوازن الحراري المثالي، لن يكون للإشعاع داخل تجويف ذي حجم محدود طيف بلانك مثالي لأطوال موجية مماثلة لحجم التجويف أو أكبر منه. [9]

افترض أن التجويف مُثبَّت عند درجة حرارة ثابتة T وأن الإشعاع المحبوس داخل العلبة في حالة توازن حراري مع العلبة. ستسمح الفتحة الموجودة في العلبة لبعض الإشعاع بالهروب. إذا كانت الفتحة صغيرة، فإن الإشعاع الذي يمر داخل وخارج الفتحة له تأثير ضئيل على توازن الإشعاع داخل التجويف. سيقترب هذا الإشعاع الهارب من إشعاع الجسم الأسود الذي يُظهر توزيعًا للطاقة مميزًا لدرجة الحرارة T ولا يعتمد على خصائص التجويف أو الثقب، على الأقل بالنسبة للأطوال الموجية الأصغر من حجم الثقب. [9] انظر الشكل في المقدمة للطيف كدالة لتردد الإشعاع ، والذي يرتبط بطاقة الإشعاع بالمعادلة E = hf ، حيث E = الطاقة، h = ثابت بلانك ، f = التردد.

في أي وقت معين قد لا يكون الإشعاع في التجويف في حالة توازن حراري، لكن القانون الثاني للديناميكا الحرارية ينص على أنه إذا تُرك دون إزعاج فإنه سيصل في النهاية إلى التوازن، [10] على الرغم من أن الوقت الذي يستغرقه القيام بذلك قد يكون طويلاً جدًا. [11] عادةً، يتم الوصول إلى التوازن عن طريق الامتصاص والانبعاث المستمر للإشعاع بواسطة المادة الموجودة في التجويف أو جدرانه. [12] [13] [14] [15] سيتم "تحويل" الإشعاع الذي يدخل التجويف إلى حالة حرارية بواسطة هذه الآلية: سيتم إعادة توزيع الطاقة حتى تحقق مجموعة الفوتونات توزيع بلانك . يكون الوقت المستغرق للتحويل الحراري أسرع بكثير مع وجود المادة المكثفة مقارنة بالمادة النادرة مثل الغاز المخفف. عند درجات حرارة أقل من مليارات كلفن، تكون تفاعلات الفوتون المباشرة [16] عادةً لا تذكر مقارنة بالتفاعلات مع المادة. [17] الفوتونات هي مثال على غاز البوزون المتفاعل ، [18] وكما هو موضح في نظرية H ، [19] في ظل ظروف عامة للغاية فإن أي غاز بوزون متفاعل سوف يقترب من التوازن الحراري.

النقل والامتصاص والانعكاس

يتميز سلوك الجسم فيما يتعلق بالإشعاع الحراري بانتقاله τ ، وامتصاصه α ، وانعكاسه ρ .

تشكل حدود الجسم واجهة مع محيطه، وقد تكون هذه الواجهة خشنة أو ناعمة. يجب أن تكون الواجهة غير العاكسة التي تفصل بين المناطق ذات مؤشرات الانكسار المختلفة خشنة، لأن قوانين الانعكاس والانكسار التي تحكمها معادلات فرينل للواجهة الناعمة تتطلب شعاعًا منعكسًا عندما تختلف مؤشرات الانكسار للمادة ومحيطها. [20] يتم إعطاء بعض أنواع السلوك المثالية أسماء معينة:

الجسم المعتم هو الجسم الذي لا ينقل أيًا من الإشعاع الذي يصل إليه، على الرغم من أن بعضه قد ينعكس. [21] [22] أي أن τ = 0 و α + ρ = 1.

الجسم الشفاف هو الجسم الذي ينقل كل الإشعاع الذي يصل إليه، أي أن τ = 1 و α = ρ = 0.

الجسم الرمادي هو الجسم الذي تكون فيه α و ρ و τ ثابتة لجميع الأطوال الموجية؛ ويُستخدم هذا المصطلح أيضًا للإشارة إلى الجسم الذي تكون فيه α مستقلة عن درجة الحرارة والطول الموجي.

الجسم الأبيض هو الجسم الذي تنعكس فيه جميع الإشعاعات الواردة عليه بشكل موحد في جميع الاتجاهات: τ = 0، α = 0، و ρ = 1.

بالنسبة للجسم الأسود، τ = 0، α = 1، و ρ = 0. يقدم بلانك نموذجًا نظريًا للأجسام السوداء تمامًا، والتي لاحظ أنها غير موجودة في الطبيعة: بالإضافة إلى داخلها المعتم، لديها واجهات ناقلة تمامًا وغير عاكسة. [23]

الأجسام السوداء المثالية لكيرشوف

في عام 1860، قدم كيرشوف المفهوم النظري للجسم الأسود المثالي الذي يحتوي على طبقة سطحية ماصة تمامًا ذات سمك صغير للغاية، لكن بلانك لاحظ بعض القيود الشديدة على هذه الفكرة. لاحظ بلانك ثلاثة متطلبات على الجسم الأسود: يجب أن يسمح الجسم (أ) للإشعاع بالدخول ولكن لا ينعكس؛ (ب) يمتلك سمكًا أدنى كافيًا لامتصاص الإشعاع الوارد ومنع إعادة انبعاثه؛ (ج) يلبي القيود الشديدة على التشتت لمنع الإشعاع من الدخول والارتداد للخارج. ونتيجة لذلك، لا يمكن تحقيق الأجسام السوداء المثالية لكيرشوف التي تمتص كل الإشعاع الذي يسقط عليها في طبقة سطحية رقيقة للغاية، وتفرض شروطًا على تشتت الضوء داخل الجسم الأسود يصعب تلبيتها. [24] [25]

الإنجازات

يشير تجسيد الجسم الأسود إلى عالم حقيقي أو تجسيد مادي. وفيما يلي بعض الأمثلة على ذلك.

تجويف به ثقب

في عام 1898، نشر أوتو لومر وفرديناند كورلباوم تقريرًا عن مصدر إشعاع التجويف الخاص بهما. [26] وقد استُخدم تصميمهما دون تغيير إلى حد كبير لقياسات الإشعاع حتى يومنا هذا. كان عبارة عن ثقب في جدار صندوق من البلاتين، مقسمًا بأغشية، وكان الجزء الداخلي منه أسودًا بأكسيد الحديد. وكان مكونًا مهمًا للقياسات المحسنة تدريجيًا والتي أدت إلى اكتشاف قانون بلانك. [27] [28] وكان الجزء الداخلي من النسخة الموصوفة في عام 1901 أسودًا بمزيج من أكاسيد الكروم والنيكل والكوبالت. [29] انظر أيضًا Hohlraum .

مواد شبه سوداء

هناك اهتمام بمواد تشبه الجسم الأسود للتمويه ومواد تمتص أشعة الرادار لإخفاء الرادار. [30] [31] كما أن لها تطبيقات كمجمعات للطاقة الشمسية وكاشفات حرارية بالأشعة تحت الحمراء. وباعتبارها مصدرًا مثاليًا للإشعاع، فإن المادة الساخنة ذات سلوك الجسم الأسود ستخلق سخانًا فعالًا للأشعة تحت الحمراء، خاصة في الفضاء أو في الفراغ حيث لا يتوفر التسخين الحراري. [32] كما أنها مفيدة في التلسكوبات والكاميرات كسطح مضاد للانعكاس لتقليل الضوء الضال، وجمع المعلومات حول الأجسام في المناطق ذات التباين العالي (على سبيل المثال، مراقبة الكواكب في مدار حول نجومها)، حيث تمتص المواد الشبيهة بالجسم الأسود الضوء الذي يأتي من مصادر خاطئة.

من المعروف منذ فترة طويلة أن طلاء أسود المصباح سيجعل الجسم أسودًا تقريبًا. تم العثور على تحسن في أسود المصباح في أنابيب الكربون النانوية المصنعة . يمكن للمواد النانوية المسامية تحقيق مؤشرات انكسار تقترب من تلك الموجودة في الفراغ، وفي إحدى الحالات الحصول على انعكاس متوسط ​​​​0.045٪. [5] [33] في عام 2009، ابتكر فريق من العلماء اليابانيين مادة تسمى النانو الأسود والتي تقترب من الجسم الأسود المثالي، بناءً على أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار المتراصة رأسياً . يمتص هذا ما بين 98٪ و 99٪ من الضوء الوارد في النطاق الطيفي من الأشعة فوق البنفسجية إلى مناطق الأشعة تحت الحمراء البعيدة. [32]

ومن الأمثلة الأخرى للمواد السوداء شبه المثالية هي الأسود الفائق ، والذي يتم تحضيره عن طريق الحفر الكيميائي لسبائك النيكل والفوسفور ، [34] ومصفوفات الأنابيب النانوية الكربونية المتراصة رأسياً (مثل الفانتابلاك ) والهياكل النانوية الكربونية الزهرية؛ [35] حيث تمتص جميعها 99.9% من الضوء أو أكثر.

النجوم والكواكب

مخطط يقارن منحنيات الاستجابة لمستقبلات الضوء الأحمر والأخضر والأزرق في عيون الإنسان مقابل منحنيات الجسم الأسود التقريبية لعدد من النجوم: أنتاريس ( عملاق أحمر )، والشمس ( قزم أصفروسيريوس ( نجم أبيض في التسلسل الرئيسيوإسبيكا (نجم أزرق)، وجاما فيلوروم .

غالبًا ما يتم تصميم النجم أو الكوكب على أنه جسم أسود، والإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من هذه الأجسام على أنه إشعاع جسم أسود . يوضح الشكل مقطعًا عرضيًا تخطيطيًا للغاية لتوضيح الفكرة. يتم تصور الغلاف الضوئي للنجم، حيث يتم توليد الضوء المنبعث، كطبقة مثالية تتفاعل فيها فوتونات الضوء مع المادة الموجودة في الغلاف الضوئي وتصل إلى درجة حرارة مشتركة T يتم الحفاظ عليها لفترة طويلة من الزمن. تهرب بعض الفوتونات وتنبعث إلى الفضاء، ولكن الطاقة التي تحملها يتم استبدالها بالطاقة من داخل النجم، بحيث تكون درجة حرارة الغلاف الضوئي ثابتة تقريبًا. تؤدي التغييرات في اللب إلى تغييرات في إمداد الغلاف الضوئي بالطاقة، ولكن مثل هذه التغييرات بطيئة على مقياس الوقت محل الاهتمام هنا. بافتراض إمكانية تحقيق هذه الظروف، فإن الطبقة الخارجية للنجم تشبه إلى حد ما مثال الحاوية التي بها ثقب صغير، حيث يتم استبدال الثقب بالانتقال المحدود إلى الفضاء خارج الغلاف الضوئي. مع وضع كل هذه الافتراضات في الاعتبار، يصدر النجم إشعاع الجسم الأسود عند درجة حرارة الغلاف الضوئي. [36]

منظر مثالي لمقطع عرضي لنجم. تحتوي الغلاف الضوئي على فوتونات الضوء في حالة توازن حراري تقريبًا، وبعضها يهرب إلى الفضاء كإشعاع قريب من الجسم الأسود.

باستخدام هذا النموذج، يتم تقدير درجة الحرارة الفعالة للنجوم، والتي تُعرف بأنها درجة حرارة الجسم الأسود الذي ينتج نفس تدفق الطاقة السطحية للنجم. إذا كان النجم جسمًا أسودًا، فإن نفس درجة الحرارة الفعالة ستنتج من أي منطقة من الطيف. على سبيل المثال، تؤدي المقارنات في النطاق B (الأزرق) أو V (المرئي) إلى ما يسمى بمؤشر اللون BV ، والذي يزداد كلما كان النجم أكثر احمرارًا، [37] مع وجود مؤشر للشمس يبلغ +0.648 ± 0.006. [38] يؤدي الجمع بين مؤشري U (الأشعة فوق البنفسجية) و B إلى مؤشر UB ، والذي يصبح أكثر سلبية كلما كان النجم أكثر سخونة وكلما زاد الإشعاع فوق البنفسجي. بافتراض أن الشمس هي نجم من النوع G2 V، فإن مؤشر UB الخاص بها هو +0.12. [39] تتم مقارنة المؤشرين لنوعين من أكثر تسلسلات النجوم شيوعًا في الشكل (الرسم التخطيطي) بدرجة الحرارة السطحية الفعالة للنجوم إذا كانت أجسامًا سوداء مثالية. هناك ارتباط تقريبي. على سبيل المثال، بالنسبة لقياس مؤشر BV معين ، فإن منحنيات كل من التسلسلات الأكثر شيوعًا للنجوم (التسلسل الرئيسي والعمالقة العملاقة) تقع أسفل مؤشر UB للجسم الأسود المقابل الذي يتضمن الطيف فوق البنفسجي، مما يدل على أن كلتا المجموعتين من النجوم تنبعث منهما كمية أقل من الضوء فوق البنفسجي من الجسم الأسود بنفس مؤشر BV . ربما يكون من المدهش أنها تناسب منحنى الجسم الأسود كما تفعل، مع الأخذ في الاعتبار أن النجوم لها درجات حرارة مختلفة تمامًا عند أعماق مختلفة. [40] على سبيل المثال، تبلغ درجة الحرارة الفعلية للشمس 5780 كلفن، [41] والتي يمكن مقارنتها بدرجة حرارة الغلاف الضوئي (المنطقة التي تولد الضوء)، والتي تتراوح من حوالي 5000 كلفن عند حدودها الخارجية مع الغلاف اللوني إلى حوالي 9500 كلفن عند حدودها الداخلية مع منطقة الحمل الحراري بعمق حوالي 500 كيلومتر (310 ميل). [42]

درجة الحرارة الفعالة لجسم أسود مقارنة بمؤشر اللون BV و UB للنجوم المتسلسلة الرئيسية والنجوم العملاقة الفائقة في ما يسمى بمخطط اللون-اللون . [43]

الثقوب السوداء

الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان لا يهرب منها شيء. يوجد حول الثقب الأسود سطح محدد رياضيًا يسمى أفق الحدث الذي يمثل نقطة اللاعودة . يُطلق عليه "الأسود" لأنه يمتص كل الضوء الذي يضرب الأفق، ولا يعكس أي شيء، مما يجعله جسمًا أسودًا مثاليًا تقريبًا [44] (قد لا يتم امتصاص الإشعاع بطول موجي يساوي أو أكبر من قطر الثقب، وبالتالي فإن الثقوب السوداء ليست أجسامًا سوداء مثالية). [45] يعتقد الفيزيائيون أنه بالنسبة للمراقب الخارجي، فإن الثقوب السوداء لها درجة حرارة غير صفرية وتنبعث منها إشعاعات الجسم الأسود ، إشعاع ذو طيف جسم أسود مثالي تقريبًا، ويتبخر في النهاية . [46] ترتبط آلية هذا الانبعاث بتقلبات الفراغ حيث يتم فصل زوج افتراضي من الجسيمات بواسطة جاذبية الثقب، حيث يتم امتصاص أحد الأعضاء في الثقب، ويتم انبعاث الآخر. [47] يتم وصف توزيع طاقة الانبعاث بواسطة قانون بلانك بدرجة حرارة T :

حيث c هي سرعة الضوء ، ℏ هو ثابت بلانك المخفض ، k B هو ثابت بولتزمان ، G هو ثابت الجاذبية و M هي كتلة الثقب الأسود. [48] لم يتم اختبار هذه التوقعات حتى الآن سواء بالملاحظة أو بالتجربة. [49]

إشعاع الخلفية الكونية الميكرويفي

تعتمد نظرية الانفجار العظيم على المبدأ الكوني ، الذي ينص على أن الكون متجانس ومتساوٍ الخواص على المقاييس الكبيرة. ووفقًا للنظرية، كان الكون بعد ثانية تقريبًا من تكوينه عبارة عن جسم أسود شبه مثالي في حالة توازن حراري عند درجة حرارة أعلى من 10 10 كلفن. وانخفضت درجة الحرارة مع تمدد الكون وتبريد المادة والإشعاع فيه. إن إشعاع الخلفية الكونية الميكرويفي الذي تم رصده اليوم هو "الجسم الأسود الأكثر مثالية على الإطلاق في الطبيعة". [50] وله طيف بلانك مثالي تقريبًا عند درجة حرارة حوالي 2.7 كلفن. وهو يبتعد عن تماثل الخواص المثالي لإشعاع الجسم الأسود الحقيقي من خلال تباين الخواص الملحوظ الذي يتغير مع الزاوية في السماء فقط إلى حوالي جزء واحد في 100000.

التبريد الإشعاعي

الرسوم البيانية اللوغاريتمية لطول موجة الانبعاث الأقصى والخروج الإشعاعي مقابل درجة حرارة الجسم الأسود - تُظهر الأسهم الحمراء أن الأجسام السوداء التي تبلغ درجة حرارتها 5780 كلفن لها طول موجة ذروة يبلغ 501 نانومتر و63.3 ميغاواط/م 2 ؛ الخروج الإشعاعي

يوفر تكامل قانون بلانك على جميع الترددات إجمالي الطاقة لكل وحدة زمنية لكل وحدة مساحة سطحية يشعها جسم أسود يتم الحفاظ عليه عند درجة حرارة T ، ويعرف باسم قانون ستيفان بولتزمان :

حيث σ هو ثابت ستيفان بولتزمان ، σ  ≈ 5.67 × 10 −8  W⋅m −2 ⋅K −4 [ 51] للبقاء في حالة توازن حراري عند درجة حرارة ثابتة T ، يجب على الجسم الأسود أن يمتص أو يولد داخليًا هذه الكمية من القدرة P على المنطقة المعطاة A.

غالبًا ما يتم تقريب تبريد الجسم بسبب الإشعاع الحراري باستخدام قانون ستيفان بولتزمان المكمل بانبعاثية "الجسم الرمادي" ε 1 ( P / A = εσT 4 ). يمكن تقدير معدل انخفاض درجة حرارة الجسم الباعث من الطاقة المشعة والسعة الحرارية للجسم . [52] هذا النهج هو تبسيط يتجاهل تفاصيل الآليات وراء إعادة توزيع الحرارة (والتي قد تشمل تغيير التركيب أو التحولات الطورية أو إعادة هيكلة الجسم) التي تحدث داخل الجسم أثناء تبريده، ويفترض أنه في كل لحظة من الزمن يتميز الجسم بدرجة حرارة واحدة. كما يتجاهل أيضًا المضاعفات المحتملة الأخرى، مثل التغيرات في الانبعاثية مع درجة الحرارة، [53] [54] ودور أشكال أخرى مصاحبة لانبعاث الطاقة، على سبيل المثال، انبعاث الجسيمات مثل النيوترينوات. [55]

إذا افترضنا أن الجسم الساخن المنبعث يتبع قانون ستيفان بولتزمان وكانت قوة انبعاثه P ودرجة حرارته T معروفة، فيمكن استخدام هذا القانون لتقدير أبعاد الجسم المنبعث، لأن إجمالي القوة المنبعثة يتناسب مع مساحة السطح المنبعث. وبهذه الطريقة، وجد أن انفجارات الأشعة السينية التي رصدها علماء الفلك نشأت في النجوم النيوترونية التي يبلغ نصف قطرها حوالي 10 كم، وليس الثقوب السوداء كما افترض في الأصل. [56] يتطلب التقدير الدقيق للحجم بعض المعرفة بالانبعاثية، وخاصة اعتمادها الطيفي والزاوي. [57]

انظر أيضا

مراجع

الاستشهادات

  1. ^ بلانك 1914، ص 9-10
  2. ^ محمود مسعود (2005). "§2.1 إشعاع الجسم الأسود". هندسة الموائع الحرارية: الديناميكا الحرارية، وميكانيكا الموائع، ونقل الحرارة . سبرينغر. ص 568. ISBN  978-3-540-22292-7.
  3. ^ تعتمد انبعاثية السطح من حيث المبدأ على التردد وزاوية الرؤية ودرجة الحرارة. ومع ذلك، بحكم التعريف، فإن الإشعاع من الجسم الرمادي يتناسب ببساطة مع الإشعاع من الجسم الأسود عند نفس درجة الحرارة، وبالتالي فإن انبعاثيته لا تعتمد على التردد (أو، على نحو مكافئ، الطول الموجي). انظر Massoud Kaviany (2002). "الشكل 4.3 (ب): سلوكيات السطح الرمادي (بدون اعتماد على الطول الموجي) والمنتشر (بدون اعتماد على الاتجاه) والمعتم (بدون انتقال)". مبادئ نقل الحرارة . Wiley-IEEE. ص. 381. ISBN 978-0-471-43463-4.ورونالد ج. دريجرز (2003). موسوعة الهندسة البصرية، المجلد 3. مطبعة سي آر سي. ص 2303. رقم ISBN 978-0-8247-4252-2.
  4. ^ يصف بعض المؤلفين مصادر الأشعة تحت الحمراء ذات الانبعاثية الأكبر من 0.99 تقريبًا بأنها جسم أسود. انظر "ما هو الجسم الأسود والإشعاع تحت الأحمر؟". علامة التبويب "التعليم/المرجع " . Electro Optical Industries, Inc. 2008. مؤرشف من الأصل في 7 مارس 2016. تم الاسترجاع في 10 يونيو 2019 .
  5. ^ ab Chun, Ai Lin (2008). "Blacker than black". Nature Nanotechnology . doi : 10.1038/nnano.2008.29 .
  6. ^ ترجمة ف. جوثري من Annalen der Physik : 109 ، 275-301 (1860): G. Kirchhoff (يوليو 1860). "حول العلاقة بين قوى الإشعاع والامتصاص للأجسام المختلفة للضوء والحرارة". مجلة لندن وإدنبرة ودبلن الفلسفية ومجلة العلوم . 20 (130).
  7. ^ لقد تخلى بلانك عن فكرة الطبقة الرقيقة اللانهائية. انظر بلانك 1914، ص 10، الحاشية رقم 2.
  8. ^ ab Siegel, Robert; Howell, John R. (2002). Thermal Radiation Heat Transfer; Volume 1 (4th ed.). Taylor & Francis. p. 7. ISBN  978-1-56032-839-1.
  9. ^ ab تنشأ تصحيحات الطيف فيما يتعلق بالظروف الحدودية عند الجدران والانحناء والطوبولوجيا، وخاصة بالنسبة للأطوال الموجية القابلة للمقارنة بأبعاد التجويف؛ انظر Roger Dale Van Zee؛ J. Patrick Looney (2002). Cavity-enhanced spectroscopies. Academic Press. p. 202. ISBN 978-0-12-475987-9.
  10. ^ كليمنت جون أدكينز (1983). "§4.1 وظيفة القانون الثاني". الديناميكا الحرارية للتوازن (الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة كامبريدج. ص 50. رقم ISBN  978-0-521-27456-2.
  11. ^ في الحالات البسيطة، يكون النهج المتبع للوصول إلى التوازن محكومًا بوقت استرخاء . وفي حالات أخرى، قد "يتوقف" النظام في حالة مستقرة ، كما ذكر أدكينز (1983) في الصفحة 10. للحصول على مثال آخر، انظر ميشيل لو بيلاك؛ فابريس مورتيساني؛ غسان جورج بتروني (2004). الديناميكا الحرارية الإحصائية للتوازن وعدم التوازن. مطبعة جامعة كامبريدج. ص. 8. ISBN 978-0521821438.
  12. ^ يمكن تحفيز النهج المتبع في تحقيق التوازن الحراري للإشعاع في التجويف عن طريق إضافة قطعة صغيرة من المادة قادرة على الإشعاع والامتصاص عند جميع الترددات. انظر بيتر ثيودور لاندسبيرج (1990). الديناميكا الحرارية والميكانيكا الإحصائية (إعادة طبع من دار نشر جامعة أكسفورد، طبعة 1978). منشورات كورير دوفر. ص 209. ISBN 978-0-486-66493-4.
  13. ^ بلانك 1914، ص 44، الفقرة 52
  14. ^ لودون 2000، الفصل 1
  15. ^ ماندل وولف 1995، الفصل 13
  16. ^ روبرت كاربلس* وموريس نيومان، "تشتت الضوء بالضوء"، Phys. Rev. 83، 776–784 (1951)
  17. ^ لودفيج بيرجمان. كليمنس شيفر؛ هاينز نيدريج (1999). بصريات الموجات والجسيمات. والتر دي جرويتر. ص. 595. ردمك  978-3-11-014318-8نظرًا لأن تفاعل الفوتونات مع بعضها البعض يمكن إهماله، فإن كمية صغيرة من المادة ضرورية لإقامة توازن ترموديناميكي للإشعاع الحراري.
  18. ^ البوزونات الأساسية هي الفوتون ، والبوزونات المتجهة للتفاعل الضعيف ، والغلوون ، والجرافيتون . انظر ألان جريفين؛ دي دبليو سنوك ؛ إس. سترينجاري (1996). تكاثف بوز-أينشتاين. مطبعة جامعة كامبريدج. ص. 4. ISBN 978-0-521-58990-1.
  19. ^ ريتشارد تشيس تولمان (2010). "§103: تغير H مع الزمن كنتيجة للتصادمات". مبادئ الميكانيكا الإحصائية (طبعة 1938 من دار نشر جامعة أكسفورد). منشورات دوفر. ص 455 وما يليها . رقم ISBN  978-0-486-63896-6... يمكننا تحديد كمية مناسبة H لوصف حالة الغاز الذي [سيظهر] ميلًا إلى الانخفاض مع الوقت نتيجة للتصادمات، ما لم يكن توزيع الجزيئات [في حالة توازن بالفعل]. (ص 458)
  20. ^ بول أ. تيبلر (1999). "الشدة النسبية للضوء المنعكس والمنتقل". الفيزياء للعلماء والمهندسين، الأجزاء 1-35؛ الجزء 39 (الطبعة الرابعة). ماكميلان. ص 1044. رقم ISBN  978-0-7167-3821-3.
  21. ^ Massoud Kaviany (2002). "الشكل 4.3(ب) خصائص الإشعاع لسطح معتم". مبادئ نقل الحرارة . Wiley-IEEE. ص. 381. ISBN  978-0-471-43463-4.
  22. ^ BA Venkanna (2010). "§10.3.4 Absorptivity, reflectivity, and transmissivity". أساسيات نقل الحرارة والكتلة . PHI Learning Pvt. Ltd. ص 385-386. ISBN  978-81-203-4031-2.
  23. ^ بلانك 1914، ص 10
  24. ^ بلانك 1914، ص 9-10، الفقرة 10
  25. ^ كيرشوف 1860ج
  26. ^ لومر وكيرلباوم 1898
  27. ^ توجد مناقشة تاريخية موسعة في Mehra, Jagdish ; Rechenberg, Helmut (2000). The historical development of quantum theory. Springer. pp. 39 ff . ISBN 978-0-387-95174-4.
  28. ^ كانجرو 1976، ص 159
  29. ^ لومر وكيرلباوم 1901
  30. ^ CF Lewis (يونيو 1988). "المواد تحافظ على مستوى منخفض" (PDF) . الهندسة الميكانيكية : 37-41.[ رابط ميت دائم ]
  31. ^ برادلي كوين (2010). مستقبل المنسوجات. بيرج. ص 68. رقم ISBN  978-1-84520-807-3.
  32. ^ ab K. Mizuno; et al. (2009). "ممتص جسم أسود من أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار ومصطفة رأسيًا". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 106 (15): 6044–6077. Bibcode :2009PNAS..106.6044M. doi : 10.1073/pnas.0900155106 . PMC 2669394. PMID  19339498 .  
  33. ^ Zu-Po Yang؛ وآخرون (2008). "Experimental observation of an extremely dark material made by a low-density nanotube array". Nano Letters . 8 (2): 446–451. Bibcode :2008NanoL...8..446Y. doi :10.1021/nl072369t. PMID  18181658. S2CID  7412160.
  34. ^ انظر وصف العمل الذي قام به ريتشارد براون وزملاؤه في المختبر الوطني للفيزياء بالمملكة المتحدة: ميك هامر (6 فبراير 2003). "الفوهات الصغيرة هي المفتاح إلى "أشد السواد سوادًا على الإطلاق". مجلة نيو ساينتست .
  35. ^ غاي، فيني؛ سينغ، هاربريت؛ أجنهوتري، برابهات ك. (2019). "أنابيب نانوية كربونية تشبه الهندباء للأسطح السوداء شبه المثالية". ACS Applied Nano Materials . 2 (12): 7951–7956. doi :10.1021/acsanm.9b01950. S2CID  213017898.
  36. ^ سيمون ف. جرين؛ مارك هـ. جونز؛ س. جوسلين بورنيل (2004). مقدمة إلى الشمس والنجوم. مطبعة جامعة كامبريدج. ص 21-22، 53. ISBN  978-0-521-54622-5. المصدر الذي تكون فيه احتمالية تفاعل الفوتونات مع المادة الموجودة داخل المصدر أكبر بكثير من احتمالية هروبها هو شرط لتكوين طيف الجسم الأسود
  37. ^ ديفيد هـ. كيلي؛ يوجين ف. ميلون؛ أنتوني ف. (FRW) أفيني (2011). استكشاف السماوات القديمة: دراسة استقصائية لعلم الفلك القديم والثقافي (الطبعة الثانية). سبرينغر. ص 52. رقم ISBN  978-1-4419-7623-9.
  38. ^ ديفيد ف. جراي (فبراير 1995). "مقارنة الشمس بالنجوم الأخرى على طول إحداثيات درجة الحرارة". منشورات الجمعية الفلكية للمحيط الهادئ . 107 : 120–123. رمز Bibcode :1995PASP..107..120G. doi : 10.1086/133525 .
  39. ^ M Golay (1974). "الجدول التاسع: مؤشرات UB". مقدمة في القياس الضوئي الفلكي . Springer. ص 82. ISBN  978-90-277-0428-3.
  40. ^ لورانس هيو ألير (1991). الذرات والنجوم والسدم (الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة كامبريدج. ص 61. ISBN  978-0-521-31040-6.
  41. ^ كينيث ر. لانج (2006). الصيغ الفيزيائية الفلكية، المجلد 1 (الطبعة الثالثة). بيركهاوزر. ص 23. ISBN  978-3-540-29692-8.
  42. ^ ب. بيرتوتي؛ باولو فارينيلا؛ ديفيد فوكروهليكي (2003). "الشكل 9.2: ملف درجة الحرارة في الغلاف الجوي الشمسي". وجهات نظر جديدة للنظام الشمسي . سبرينغر. ص. 248. ISBN  978-1-4020-1428-4.
  43. ^ الشكل مأخوذ من نموذج E. Böhm-Vitense (1989). "الشكل 4.9". مقدمة في الفيزياء الفلكية النجمية: الملاحظات والبيانات الأساسية للنجوم . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 26. ISBN 978-0-521-34869-0.
  44. ^ شوتز، برنارد (2004). الجاذبية من المجموعة إلى الأعلى: دليل تمهيدي للجاذبية والنسبية العامة (الطبعة الأولى). مطبعة جامعة كامبريدج. ص. 304. ISBN  978-0-521-45506-0.
  45. ^ PCW Davies (1978). "Thermodynamics of black hole" (PDF) . Rep Prog Phys . 41 (8): 1313–1355. Bibcode :1978RPPh...41.1313D. doi :10.1088/0034-4885/41/8/004. S2CID  250916407. مؤرشف من الأصل (PDF) في 10 مايو 2013.
  46. ^ روبرت م. والد (2005). "الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء". في أندريس جومبيروف؛ دونالد مارولف (المحرران). محاضرات عن الجاذبية الكمومية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص. 1-38. رقم ISBN  978-0-387-23995-8.
  47. ^ برنارد جيه كار وستيفن بي جينجز (2008). "الفصل 6: الثقوب السوداء الكمومية". ما وراء الفيزياء المتطرفة: العلوم المتطورة. مجموعة روزن للنشر، ساينتفك أمريكان (COR). ص. 30. ISBN  978-1-4042-1402-6.
  48. ^ فاليري ب. فرولوف؛ أندريه زيلنيكوف (2011). "المعادلة 9.7.1". مقدمة في فيزياء الثقوب السوداء . مطبعة جامعة أكسفورد. ص. 321. ISBN  978-0-19-969229-3.
  49. ^ روبرت م. والد (2005). "الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء (ص. 1-38)". في أندريس جومبيروف؛ دونالد مارولف (المحرران). محاضرات عن الجاذبية الكمومية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص. 28. ISBN  978-0-387-23995-8... لم يتم إجراء أي اختبارات تجريبية أو رصدية للحصول على نتائج حول الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء ...
  50. ^ وايت، م. (1999). "التباينات في الخلفية الكونية الميكروية" (PDF) . وقائع اجتماع لوس أنجلوس، DPF 99. جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس . انظر أيضًا arXive.org.
  51. ^ "قيمة CODATA لعام 2022: ثابت ستيفان بولتزمان". مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بشأن الثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تم الاسترجاع في 18 مايو 2024 .
  52. ^ يقدم Srivastava MK (2011) مثالاً بسيطًا. "التبريد بالإشعاع". دليل الشخص للفيزياء الموضوعية لاختبار IIT-JEE . Pearson Education India. ص. 610. ISBN 978-81-317-5513-6.
  53. ^ م. فولمر؛ كيه بي مولمان (2011). "الشكل 1.38: بعض الأمثلة على اعتماد الانبعاثية على درجة الحرارة للمواد المختلفة". التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء: الأساسيات والبحث والتطبيقات . جون وايلي وأولاده. ص. 45. رقم ISBN  978-3-527-63087-5.
  54. ^ روبرت أوزياندر؛ م. آن جاريسون دارين؛ جون شامبيون (2006). MEMS and Microstructures in aerospace applications. CRC Press. ص. 187. ISBN  978-0-8247-2637-9.
  55. ^ Krishna Rajagopal; Frank Wilczek (2001). "6.2 Coling by Neutrino Emissions (pp. 2135-2136) – The Condensed Matter Physics of QCD". في Mikhail A. Shifman (محرر). At The Frontier of Particle Physics: Handbook of QCD (بمناسبة الذكرى السنوية الخامسة والسبعين لميلاد البروفيسور بوريس يوفي) . المجلد 3. سنغافورة: World Scientific . ص. 2061–2151. arXiv : hep-ph/0011333v2 . CiteSeerX 10.1.1.344.2269 . doi :10.1142/9789812810458_0043. ISBN   978-981-02-4969-4. S2CID  13606600. خلال أول 10 5–6 سنوات من حياته، يتم التحكم في تبريد النجم النيوتروني من خلال التوازن بين السعة الحرارية وفقدان الحرارة عن طريق انبعاث النيوترينو. ... كل من الحرارة النوعية C V ومعدل انبعاث النيوترينو L ν تهيمن عليها الفيزياء داخل T لسطح فيرمي. ... سوف يبرد النجم بسرعة حتى تصبح درجة حرارته الداخلية T  <  T c  ~ ∆ ، وفي ذلك الوقت ستصبح نواة مادة الكوارك خاملة وسيهيمن انبعاث النيوترينو من جزء المادة النووية للنجم على تاريخ التبريد الإضافي.
  56. ^ والتر لوين؛ وارن جولدشتاين (2011). "مفجرات الأشعة السينية!". من أجل حب الفيزياء. سايمون وشوستر. ص 251 وما يليه. ISBN  978-1-4391-0827-7.
  57. ^ TE Strohmayer (2006). "بنية النجم النيوتروني والفيزياء الأساسية". في John W. Mason (المحرر). Astrophysics update، المجلد 2. Birkhäuser. ص 41. ISBN  978-3-540-30312-1.

فهرس

  • كيسي، لوري جيه. (12 ديسمبر 2010). "أسود من الأسود". ناسا . مؤرشف من الأصل في 14 يونيو 2020. تم الاسترجاع في 1 فبراير 2012. يعمل المهندسون الآن على تطوير مادة سوداء من القار من شأنها أن تساعد العلماء على جمع القياسات العلمية التي يصعب الحصول عليها... مادة تعتمد على التكنولوجيا النانوية يجري تطويرها الآن بواسطة فريق من 10 خبراء في التكنولوجيا في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=الجسم_الأسود&oldid=1246931034"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate