कालो शरीरको प्रतिस्पर्श: परिभाषा, विशेषताहरू र अनुप्रयोगहरू
कालो शरीर एक आदर्शीकृत वस्तु हो जो सबै प्रकारका इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडियेशन अवशोष गर्छ र यसको तापमानमा निर्भर एक निरंतर स्पेक्ट्रम रेडियेशन उत्सर्जन गर्छ। कालो शरीर रेडियेशन एउटा कालो शरीर द्वारा थर्मोडायनामिक संतुलनमा उत्सर्जित थर्मल रेडियेशन हो। कालो शरीर रेडियेशन भौतिकी, खगोल विज्ञान, अभियांत्रिकी र अन्य क्षेत्रहरूमा धेरै अनुप्रयोगहरू छन्।
कालो शरीर के हो?
कालो शरीर एक थ्योरिटिकल अवधारणा हो जो रेडियेशनको आदर्श अवशोषक र उत्सर्जकलाई प्रतिनिधित्व गर्छ।
कुनै प्राविधिक वस्तुले पूर्ण रूपमा कालो शरीर हुन छैन, तर केही वस्तुहरू निश्चित परिस्थितिहरूमा यसको नजिक फेला पार्छन्। उदाहरणका लागि, एउटा छोटो छेद भएको एक गुफा कालो शरीरको रूपमा काम गर्छ, किनभने छेदमा प्रवेश गर्ने कुनै रेडियेशन गुफाको भित्तिमा बहुल बार बिचर्यो र अवशोषित हुन्छ। छेदद्वारा उत्सर्जित रेडियेशन त्यसपछि कालो शरीरको विशेषता छ।
कालो शरीर कुनै रेडियेशनलाई प्रतिबिम्बित वा प्रसारण गर्दैन; यो केवल अवशोषण र उत्सर्जन गर्छ। त्यसैले, जब कालो शरीर ठण्डा छ र कुनै दृश्य रोशनी उत्सर्जित गर्दैन भने यो कालो देखिन्छ। तर, जब कालो शरीरको तापमान बढ्दै जान्छ भने यो धेरै रेडियेशन उत्सर्जित गर्छ र यसको स्पेक्ट्रम छोटो तरंगदैर्घ्यमा बदल्छ। उच्च तापमानमा, कालो शरीर दृश्य रोशनी उत्सर्जित गर्छ र यो तापमानको आधारमा लाल, नारंगी, पीलो, सेतो, वा नीलो देखिन्छ।
कालो शरीर रेडियेशनको विशेषताहरू
कालो शरीर रेडियेशनको स्पेक्ट्रम निरंतर छ र यो केवल कालो शरीरको तापमानमा निर्भर छ। यस स्पेक्ट्रमलाई दुई महत्वपूर्ण नियमहरू द्वारा वर्णन गर्न सकिन्छ: विन्स डिस्प्लेसमेन्ट ला र स्टेफन-बोल्ट्जमन ला।
विन्स डिस्प्लेसमेन्ट ला
विन्स डिस्प्लेसमेन्ट ला भनेको कालो शरीर रेडियेशनको तीव्रता अधिकतम छ भन्ने तरंगदैर्घ्य उसको तापमानको विपरीत अनुपातिक छ। गणितीय रूपमा, यसलाई यसरी व्यक्त गर्न सकिन्छ:
जहाँ λmax चरम तरंगदैर्घ्य हो, T काले पिंडको परम तापमान हो, र b वीनको विस्थापन स्थिरांक हो, जसको मान २.८९८×१०−३ m K हुन्छ।
वीनको विस्थापन नियमले कालो पिंडको रंगले तापमानको साथ बदल्ने कारण बयान गर्छ।
जस्ता तापमान बढ्दै जान्छ, चरम तरंगदैर्घ्य घट्दै जान्छ, र आवृत्ति छोटो तरंगदैर्घ्यमा टेक्नुहुन्छ। उदाहरणका लागि, रूम तापमान (लगभग ३०० K) मा, कालो पिंड अधिकांश अतिपराबैतार विकिरण चरम तरंगदैर्घ्य लगभग १० μm भण्डा निकाल्छ। १००० K मा, कालो पिंड अधिकांश लाल प्रकाश चरम तरंगदैर्घ्य लगभग ३ μm भण्डा निकाल्छ। ६००० K मा, कालो पिंड अधिकांश सफेद प्रकाश चरम तरंगदैर्घ्य लगभग ०.५ μm भण्डा निकाल्छ।
स्टेफन-बोल्ट्जमन नियम
स्टेफन-बोल्ट्जमन नियमले बयान गर्छ कि कालो पिंड द्वारा एकाइ क्षेत्रफल पर निकालिने कुल शक्ति त्यसको परम तापमानको चार घातांकीय रूपमा समानुपातिक हुन्छ।
गणितिय रूपमा, यसलाई यस तर व्यक्त गर्न सकिन्छ:
जहाँ Me एकाइ क्षेत्रफल पर निकालिने कुल शक्ति (यसलाई निकास शक्ति वा तेजस्वी निकास भन्यौन्), T कालो पिंडको परम तापमान हो, र σ स्टेफन-बोल्ट्जमन स्थिरांक हो, जसको मान ५.६७०×१०−८ W m$^{-2}K^{-4}$ हुन्छ।
स्टेफन-बोल्ट्जमनको नियमले बयान गर्छ कि कालो पिंडले तापमान बढ्दै जाने साथ अधिक विकिरण निकाल्छ। उदाहरणका लागि, यदि कालो पिंडको तापमान दुई गुना हुन्छ, त्यसको निकास शक्ति १६ गुना बढ्छ।
कालो पिंडको विकिरणको अनुप्रयोग
कालो पिंडको विकिरण विज्ञान र प्रौद्योगिकीका विभिन्न क्षेत्रहरूमा धेरै अनुप्रयोगहरू छन्। केही उदाहरणहरू यस प्रकार छन्:
खगोलशास्त्रमा, ताराहरूलाई कालो शरीरको रूपमा अनुमान गर्न सकिन्छ, र उनीहरूको तापक्रम वेइनको विस्थापन नियम प्रयोग गरेर उनीहरूको विशेषताहरूबाट अनुमान गर्न सकिन्छ।
उदाहरणका लागि, सूर्यको प्रभावकारी सतह तापक्रम लगभग ५८०० केल्विन छ र यसले अधिकांश दृश्य भास तथा लगभग ०.५ μm चरम तरंगदैर्घ्यको भास उत्सर्जन गर्छ।
अभियान्त्रिकीमा, थर्मल इमेजिङ उपकरणहरू इन्फ्रारेड कैमराहरू प्रयोग गरेर वस्तुहरूको तापक्रम आधारित ऊष्मा निर्णय गर्नेछन्, यसमा स्टेफन-बोल्ट्जमन नियम प्रयोग गरिन्छ।
थर्मल इमेजिङलाई सुरक्षा, निगरानी, आग बुझाउन, चिकित्सा निदान, र अन्य उद्देश्यहरूको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
भौतिकीमा, कालो शरीरको उत्सर्जन एक घटना थियो जसले २० शताब्दीको शुरुआतमा क्वान्टम सिद्धान्तको विकासमा योगदान दियो।
पारम्परिक भौतिकीले कालो शरीरको उत्सर्जनको विशेषतालाई रेले-जीन्स नियमबाट उच्च आवृत्तिमा विचलन गर्न सकेन र यसले अनन्त ऊर्जा जसलाई अल्ट्रावायलेट दुर्घटना भनिन्छ। मैक्स प्लांकले यस समस्याको हल गर्न ऊर्जा विक्वान्टाइज्ड र डिस्क्रीट युनिटहरू यानी क्वान्टा वा फोटनहरूमा उत्सर्जन गर्ने गर्यो। प्लांकको नियम विक्वान्टम सिद्धान्त प्रयोग गरेर कालो शरीरको उत्सर्जनको विशेषतालाई वर्णन गर्छ।
सारांश
कालो शरीर एक आदर्शीकृत वस्तु हो जसले सबै आगत उत्सर्जन अवशोष गर्छ र यसको तापक्रमको आधारमा निरन्तर विशेषताको उत्सर्जन गर्छ।
कालो शरीरको उत्सर्जन एक कालो शरीरले तापीय सन्तुलनमा आफ्नो वातावरणको साथ उत्सर्जन गर्ने तापीय उत्सर्जन हो।
वेइनको विस्थापन नियम भने, कालो शरीरको उत्सर्जनको चरम तरंगदैर्घ्य यसको तापक्रमको व्युत्क्रमानुपातिक हुन्छ।
स्टेफन-बोल्ट्जमन नियम भने, कालो शरीरले उत्सर्जित गर्ने एकाइ क्षेत्रफलको एकाइ ऊर्जा यसको तापक्रमको चौथाउ घातानुपातिक हुन्छ।
कालो शरीरको उत्सर्जन भौतिकी, खगोलशास्त्र, अभियान्त्रिकी, र अन्य क्षेत्रहरूमा धेरै अनुप्रयोगहरू छन्।
कथन: मूल को सम्मान गर्नुहोस्, राम्रो रचनाहरू साझा गर्न योग्य छन्, यदि प्रतिलिपि हकको उल्लङ्घन भएको छ भने सम्पर्क गर्नुहोस् मिटाउनको लागि।
