Radjarju tal-Ġisem Iswed: Definizzjoni Karatteristici u Aplikazzjonijiet
Il-ġism ilwieqaf huwa definit bħal oġġett ideali li jassorb kull irrażun elettromagnetiku li tiftaġġ fuqih u jirreġgagħ irrażun b'speġtri kontinwu li jidher minn is-silġ tiegħu biss. L-irrażun tal-ġism ilwieqaf hi l-irrażun termika mireġġaġga mill-ġism ilwieqaf fl-ekwilibrijum termodinamiku mal-ħawija tiegħu. L-irrażun tal-ġism ilwieqaf għandha ħafna applikazzjonijiet fis-fisika, l-astronomija, l-inġenerija, u fuq fjiel oħra.
Xi Huwa l-Ġism Ilwieqaf?
Il-ġism ilwieqaf huwa konċett teoriku li jirrapreżenta absorbjatur u mirreġġaġġatur ideali ta' irrażun.
L-Ebda oġġett reali mhux perfettment ġism ilwieqaf, iżda xi oġġetti jistgħu jiġu approssimati kif ġism ilwieqaf taħt xulxin kundizzjonijiet. Pereżempju, kavitàt ma’ sliet żgħir jistgħu jagħmlu dawkxomme ta’ ġism ilwieqaf, għax kull irrażun li tiftaġġ fil-sliet tiġi immsieġa fuqha u tirrifletta ħafna darba sabiex tikun assorbita mill-linja tas-silġ. L-irrażun mireġġaġga mis-sliet tkun karatteristika ta’ ġism ilwieqaf.
Il-ġism ilwieqaf ma jirriflessa jew jipproċedi ebda irrażun; jassorb biss u jirreġġaġġa. Għalhekk, il-ġism ilwieqaf jidher iswed meta huwa qies, u ma jirreġġaġga ebda lwa visibbli. Iżda, waqt li t-tempertura tal-ġism ilwieqaf tizdied, jirreġġaġga aktar irrażun u speġtru tiegħu jinvolvi lejn longitudes akbar. Fl-temperaturi l-aktar, il-ġism ilwieqaf jista’ jirreġġaġga lwa visibbli u jidher aranġjo, nararanġjo, żaljan, abjad, jew blu skont it-tempertura tiegħu.
Karatteristiċi tal-Irrażun tal-Ġism Ilwieqaf
Is-speġtru tal-irrażun tal-ġism ilwieqaf huwa kontinwu u jiddipendi biss mit-tempertura tal-ġism ilwieqaf. Is-speġtru jista’ jikkonferm lil żewġ leggi importanti: l-ġeometrija ta’ Wien u l-ġeometrija ta’ Stefan-Boltzmann.
L-Ġeometrija ta’ Wien
Il-ġeometrija ta’ Wien tiddefinixxi li l-longitudine fejn l-intensità tal-irrażun tal-ġism ilwieqaf hija l-aktar għolja hi proporzionali inverżament mat-tempertura tal-ġism ilwieqaf. Matematikament, dan jista’ jikkonferm bħal:
fejn λmax huwa l-longitudine massima, T huwa t-tempertura assoluta tal-ġism ilwieqaf, u b huwa kostanti magħruf bħala kostanti ta’ Wien, li għandu valur ta’ 2.898×10−3 m K.
Il-ġeometrija ta’ Wien tispjega liema l-kulur tal-ġism ilwieqaf titbaddel mat-tempertura.
Waqt li t-tempertura tizdied, l-longitudine massima tinqas, u is-speġtru jinvolvi lejn longitudes akbar. Pereżempju, fl-temperature tal-għar (sbata 300 K), il-ġism ilwieqaf jirreġġaġga lwa infrarosso b’longitudine massima ta’ sbata 10 μm. Fl-1000 K, il-ġism ilwieqaf jirreġġaġga lwa rossa b’longitudine massima ta’ sbata 3 μm. Fl-6000 K, il-ġism ilwieqaf jirreġġaġga lwa abjad b’longitudine massima ta’ sbata 0.5 μm.
L-Ġeometrija ta’ Stefan-Boltzmann
Il-ġeometrija ta’ Stefan-Boltzmann tiddefinixxi li l-potenza totali mireġġaġga għal unita ta’ area mill-ġism ilwieqaf hi proporzionali għall-potenza tar-robba tal-tempertura assoluta tiegħu.
Matematikament, dan jista’ jikkonferm bħal:
fejn Me hi l-potenza totali għal unita ta’ area (ukoll definita bħala potenza emissiva jew radiant exitance), T huwa t-tempertura assoluta tal-ġism ilwieqaf, u σ huwa kostanti magħruf bħala kostanti ta’ Stefan-Boltzmann, li għandu valur ta’ 5.670×10−8 W m$^{-2}K^{-4}$.
Il-ġeometrija ta’ Stefan-Boltzmann tispjega liema l-ġism ilwieqaf jirreġġaġga aktar irrażun meta t-tempertura tiegħu tizdied. Pereżempju, jekk t-tempertura tal-ġism ilwieqaf tindiffa, l-potenza emissiva tiegħu tizdied bi 16 darba.
Applikazzjonijiet tal-Irrażun tal-Ġism Ilwieqaf
L-irrażun tal-ġism ilwieqaf għandha ħafna applikazzjonijiet f’fjiel diversi tas-silġ u tat-teknoloġija. Xi esempji huma:
Fil-astronomija, l-istellih jistgħu jiġu approssimati bħala ġismi ilwieqaf, u t-temperturi tagħhom jistgħu jiġu stimati mis-speġtri tagħhom permezz tal-ġeometrija ta’ Wien.
Il-ġejla, pereżempju, għandha tempertura effettiva tal-silġ ta’ sbata 5800 K u tirreġġaġga lwa visibbli b’longitudine massima ta’ sbata 0.5 μm.
Fil-inġenerija, l-apparati ta’ imaging termiku jistgħu jżużaw kammirot infrarosso biex jdilġu l-ħar tagħhom mireġġaġga mill-oġġetti skont it-temperturi tagħhom permezz tal-ġeometrija ta’ Stefan-Boltzmann.
L-imaging termiku jistgħu jiġu żżvużaw għal sigurtà, sorveglianza, spejjar, diagnosi medika, u ħafna skopi oħra.
Fil-fisika, l-irrażun tal-ġism ilwieqaf kien wieħed mill-fenomeni li wasslu lill-ivvlovviment tal-teorija kvantika ftit fit-tieni nofs tal-qarn isfel.
Il-fisika klassika ma setgħetx tispjega liema is-speġtru tal-irrażun tal-ġism ilwieqaf inkella mill-ġeometrija ta’ Rayleigh-Jeans fl-frequenzijiet l-aktar u prodotta energija infinita magħrufa bħala l-każ ultraviolet. Max Planck proposa li l-enerġija kienu quantizzata u emessa f’unitajiet diskreti magħrufa bħala quanta jew fotoni biex jilgħoq hawn problem. Il-ġeometrija ta’ Planck tiddeskriġi is-speġtru tal-irrażun tal-ġism ilwieqaf permezz tal-teorija kvantika.
Riassunt
