কালো বস্তুর বিকিরণ: সংজ্ঞা, বৈশিষ্ট্য এবং প্রয়োগ

একটি কালো বস্তু হল এমন একটি আদর্শ বস্তু যা পড়ে থাকা সমস্ত ইলেকট্রোম্যাগনেটিক রশ্মি শোষণ করে এবং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে একটি অবিচ্ছিন্ন বিকিরণ বিকিরণ করে। কালো বস্তুর বিকিরণ হল একটি কালো বস্তু যা তার পরিবেশের সাথে থার্মোডাইনামিক সাম্যাবস্থায় থাকে। কালো বস্তুর বিকিরণ পদার্থবিজ্ঞান, জ্যোতির্বিজ্ঞান, প্রকৌশল এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে অনেক প্রয়োগ রয়েছে।

কালো বস্তু কি?

কালো বস্তু হল এমন একটি তাত্ত্বিক ধারণা যা রশ্মির আদর্শ শোষক এবং বিকিরণকারী বস্তু প্রতিনিধিত্ব করে।

কোনও বাস্তব বস্তুই একটি পূর্ণাঙ্গ কালো বস্তু নয়, কিন্তু কিছু বস্তু নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে এটিকে অনুমান করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি গহ্বর যার মধ্যে একটি ছোট গর্ত রয়েছে, এটি একটি কালো বস্তু হিসেবে কাজ করতে পারে, কারণ গর্তে প্রবেশ করা সমস্ত রশ্মি গহ্বরের মধ্যে আটক হয় এবং অনেকবার প্রতিফলিত হয় যতক্ষণ না এটি গহ্বরের পার্শ্বপটে শোষিত হয়। গর্ত দ্বারা বিকিরিত রশ্মি তখন একটি কালো বস্তুর বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।

একটি কালো বস্তু কোনও রশ্মি প্রতিফলিত বা প্রবাহিত করে না; এটি শুধুমাত্র শোষণ ও বিকিরণ করে। তাই, যখন একটি কালো বস্তু ঠান্ডা থাকে, তখন এটি কোনও দৃশ্যমান আলো বিকিরণ করে না এবং কালো দেখায়। তবে, যখন কালো বস্তুর তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন এটি বেশি রশ্মি বিকিরণ করে এবং তার বিকিরণের তরঙ্গদৈর্ঘ্য ছোট হয়। উচ্চ তাপমাত্রায়, একটি কালো বস্তু দৃশ্যমান আলো বিকিরণ করতে পারে এবং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে লাল, কমলা, হলুদ, সাদা বা নীল দেখাতে পারে।

কালো বস্তুর বিকিরণের বৈশিষ্ট্য

কালো বস্তুর বিকিরণের বিকিরণ অবিচ্ছিন্ন এবং কেবল কালো বস্তুর তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে। বিকিরণটি দুটি গুরুত্বপূর্ণ সূত্র দ্বারা বর্ণনা করা যায়: ভিয়েনের স্থানান্তর সূত্র এবং স্টেফান-বোলৎজমান সূত্র।

ভিয়েনের স্থানান্তর সূত্র

ভিয়েনের স্থানান্তর সূত্র অনুসারে, কালো বস্তুর বিকিরণের তীব্রতা সর্বাধিক হওয়ার তরঙ্গদৈর্ঘ্য কালো বস্তুর তাপমাত্রার উল্টো সমানুপাতিক। গাণিতিকভাবে, এটি নিম্নরূপ প্রকাশ করা যায়:

যেখানে λmax হল পরম তরঙ্গদৈর্ঘ্য, T হল কালো বস্তুর পরম তাপমাত্রা, এবং b হল ভিয়েনের স্থানান্তর ধ্রুবক, যার মান 2.898×10−3 m K।

ভিয়েনের স্থানান্তর সূত্র ব্যাখ্যা করে যে কালো বস্তুর রঙ তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়।

যখন তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, তখন পরম তরঙ্গদৈর্ঘ্য হ্রাস পায়, এবং বিকিরণ ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দিকে সরে যায়। উদাহরণস্বরূপ, ঘরের তাপমাত্রায় (প্রায় 300 K), একটি কালো বস্তু প্রায় বেশিরভাগ ইনফ্রারেড রশ্মি বিকিরণ করে যার পরম তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 10 μm। 1000 K তাপমাত্রায়, একটি কালো বস্তু প্রায় বেশিরভাগ লাল আলো বিকিরণ করে যার পরম তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 3 μm। 6000 K তাপমাত্রায়, একটি কালো বস্তু প্রায় বেশিরভাগ সাদা আলো বিকিরণ করে যার পরম তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 0.5 μm।

স্টেফান-বোলৎজমান সূত্র

স্টেফান-বোলৎজমান সূত্র অনুসারে, একটি কালো বস্তু দ্বারা একক ক্ষেত্রফল প্রতি মোট শক্তি বিকিরণ করা হয়, যা তার পরম তাপমাত্রার চতুর্থ শক্তির সমানুপাতিক।

গাণিতিকভাবে, এটি নিম্নরূপ প্রকাশ করা যায়:

যেখানে Me হল একক ক্ষেত্রফল প্রতি মোট শক্তি (অথবা বিকিরণ শক্তি বা রশ্মি প্রসারণ), T হল কালো বস্তুর পরম তাপমাত্রা, এবং σ হল স্টেফান-বোলৎজমান ধ্রুবক, যার মান 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$।

স্টেফান-বোলৎজমান সূত্র ব্যাখ্যা করে যে কেন একটি কালো বস্তু তার তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাওয়ার সাথে বেশি রশ্মি বিকিরণ করে। উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি কালো বস্তুর তাপমাত্রা দ্বিগুণ হয়, তাহলে তার বিকিরণ শক্তি 16 গুণ বৃদ্ধি পায়।

কালো বস্তুর বিকিরণের প্রয়োগ

কালো বস্তুর বিকিরণ বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির বিভিন্ন ক্ষেত্রে অনেক প্রয়োগ রয়েছে। কিছু উদাহরণ হল:

টিপ