علوم وفضاء

قمة طيف الجسم الأسود: لماذا لا يكفي تحويل الطول الموجي إلى تردد؟

قمتا الشكلين
كل منحنى مقسوم على قمته؛ ألوان تمييز.

الكثافة الطيفية تحتاج وحدتها. [1][2]

الخلاصة السريعة

للكثافة عامل تحويل. [2]

  • نفترض جسمًا أسود مثاليًا في الفراغ عند حرارة مطلقة T>0 بالكلفن. h ثابت بلانك، وk ثابت بولتزمان، وc سرعة الضوء. ندرس الإشعاع، لا عدد الفوتونات أو استجابة كاشف. [1]
  • مع ν=c/λ، نحتاج Bν(ν)=Bλ(c/ν)c/ν². العامل c/ν² مقدار المشتقة |dλ/dν|؛ يغير ارتفاع الكثافة. [2]
  • نضع u=hν/(kT)>0، وFm(u)=u^m/(e^u−1)، لـm=3,5. F3 شكل Bν، وF5 شكل Bλ(c/ν)، بإهمال معاملات ثابتة في u. [1][2]
  • جذرا m(1−e^−u)=u الموجبان: u3≈2.821439 وu5≈4.965114. تحويل قمة الطول الموجي يعطي u5، وقمة التردد u3؛ u3/u5≈0.568253. [1][2]
  • مثال مؤلف: ℓ=λkT/(hc)؛ ℓ∈[1/4,1/2] يقابل u∈[2,4]. تكامل الكثافتين عديمتي الأبعاد أدناه نحو 2.700712 لكل منهما؛ الارتفاع والعرض مختلفان. [2]

النموذج والمقدار

نفترض جسمًا أسود مثاليًا في الفراغ عند حرارة مطلقة T>0 بالكلفن. h ثابت بلانك، وk ثابت بولتزمان، وc سرعة الضوء. ندرس الإشعاع، لا عدد الفوتونات أو استجابة كاشف. [1]

Bλ لكل وحدة طول موجي؛ Bν لكل وحدة تردد، وبالمساحة والزاوية المجسمة نفسيهما. [2]

عامل تحويل الكثافة

مع ν=c/λ، نحتاج Bν(ν)=Bλ(c/ν)c/ν². العامل c/ν² مقدار المشتقة |dλ/dν|؛ يغير ارتفاع الكثافة. [2]

نحوّل الارتفاع، لا العنوان فقط. [2]

شكلان للطيف نفسه

نضع u=hν/(kT)>0، وFm(u)=u^m/(e^u−1)، لـm=3,5. F3 شكل Bν، وF5 شكل Bλ(c/ν)، بإهمال معاملات ثابتة في u. [1][2]

e أساس اللوغاريتم الطبيعي؛ لا نساوي ارتفاع كثافتين بوحدتين مختلفتين.

قمتان مختلفتان

جذرا m(1−e^−u)=u الموجبان: u3≈2.821439 وu5≈4.965114. تحويل قمة الطول الموجي يعطي u5، وقمة التردد u3؛ u3/u5≈0.568253. [1][2]

حل u=0 حد، لا قمة. [1]

مجالان مقابلان

مثال مؤلف: ℓ=λkT/(hc)؛ ℓ∈[1/4,1/2] يقابل u∈[2,4]. تكامل الكثافتين عديمتي الأبعاد أدناه نحو 2.700712 لكل منهما؛ الارتفاع والعرض مختلفان. [2]

نستخدم Fλ(ℓ)=ℓ^−5/(e^(1/ℓ)−1) وFν(u)=F3(u)؛ Fν(u)=Fλ(1/u)/u². الحساب ليس قياسًا فعليًا. [2]

مجالان مظللان
تكاملان متساويان للكثافتين المعرفتين؛ بلا تطبيع منفصل.

المراجع

  1. OpenStax: قانون بلانك
  2. NRAO: الإشعاع الطيفي

الأشعة تحت الحمراء

أُعدّ هذا المقال بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وخضع لمراجعة ذاتية بالأداة نفسها. لا يُنسب إلى مراجع بشري أو خبير مستقل. منهجية المحتوى.