วัตถุดำ
วัตถุดำ (อังกฤษ: Black body) คือ วัตถุในอุดมคติที่สามารถดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาตกกระทบได้ทุกช่วงความถี่ ไม่เกิดการสะท้อนและทะลุผ่านของคลื่น ทำให้วัตถุดำเป็นวัตถุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน (emissivity, ε) เท่ากับ 1 และเมื่อวัตถุดำอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน วัตถุดำจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดูดกลืนไปออกมา[1]

แนวคิดที่ใกล้เคียงกับวัตถุดำมากที่สุดคือ วัตถุที่มีช่องขนาดเล็กมากและผนังด้านในสามารถดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดีและขรุขระ ทำให้เมื่อมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องเข้ามา มันจะสะท้อนไปมาอยู่ภายในและถูกดูดกลืนไปในที่สุด[2]
การทดลองการแผ่รังสีของวัตถุดำ
แก้การอธิบายการแผ่รังสีของวัตถุดำ
แก้เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความยาวคลื่นที่มีความเข้มสูงสุดจะน้อยลง ในภาพนี้ยังเปรียบเทียบกับโมเดลแบบคลาสลิกของ เรเล่ย์ (Rayleigh) และ ยีน (Jeans)
ในการทดลอง สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดกับการแผ่รังสีของวัตถุดำ คือ การแผ่รังสีจากกล่องที่เจาะรูเล็กๆ แสงที่เข้าไปในรูจะสะท้อนไปมาในกล่องหลายครั้งก่อนที่จะออกมาซึ่งเหมือนกับการดูดซับ ไม่ว่าความยาวคลื่นแสงที่เข้าไปจะเป็นอะไร (ตราบเท่าที่ความยาวคลื่นสั้นกว่าขนาดของรู) ถ้าเราให้ความร้อนกับกล่อง สเปกตรัมจะต่อเนื่องและไม่ขึ้นกับวัสดุที่อยู่ในกล่อง ตามทฤษฎีที่พิสูจน์โดย คีร์คฮอฟฟ์ (Kirchhoff) กราฟนี้ขึ้นกับอุณหภูมิของกล่องเท่านั้น
ในปลายศตวรรษที่ 19 การคำนวณกราฟนี้เป็นความท้าทาย จนในที่สุดปัญหาก็ถูกไขได้โดย มักซ์ พลังค์ (Max Planck) ในปี ค.ศ. 1901
นักฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง
แก้- ปิแอร์ พรีโวสต์ (Pierre Prévost) ในปีค.ศ.1809 พรีโวสต์ตีพิมพ์ผลงานที่ชื่อว่า "Du calorique rayonnant"[3][4]ที่อธิบายถึงหลักการของการแผ่รังสีความร้อนรวมไปถึงความสัมพันธ์ของการแผ่รังสี การดูดกลืน และสมดุลความร้อน
- บัลโฟร์ สจ๊วต (Balfour Stewart) ในปีค.ศ.1858 สจ๊วตตีพิมพ์ผลงานที่ชื่อว่า "An Account of Some Experiments on Radiant Heat, Involving an Extension of Prevost's Theory of Exchanges"[5] การทดลองของเขาแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติของการดูดกลืนความร้อนและการแผ่รังสีความร้อนของวัสดุต่าง ๆ และอธิบายสมดุลความร้อนของการแผ่รังสีความร้อนระหว่างวัตถุ
- กุสสตาฟ เคอร์ชอฟฟ์ (Gustav Kirchhoff) ในปีค.ศ.1860 เคอร์ชอฟฟ์ตีพิมพ์ผลงานที่ชื่อว่า "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht"[6] ซึ่งอธิบายหลักการของการแผ่รังสีความร้อน ว่า ณ อุณหภูมิสมดุลความร้อน อัตราส่วนของพลังงานการแผ่รังสีความร้อน (emissive power) ต่อพลังงานที่ดูดกลืน (absorptive power) จะเท่ากันเสมอ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความยาวคลื่นของการแผ่รังสี อีกทั้งเคอร์ชอฟฟ์ยังเสนอวัตถุทางอุดมคติที่สามารถดูดกลืนรังสีที่ตกกระทบได้ทั้งหมดและปลดปล่อยรังสีออกมาที่ความเข้มสูงสุดตามอุณหภูมิและความยาวคลื่นที่ได้รับมา
แหล่งอ้างอิง
แก้- ↑ Mavani, Himanshu; Singh, Navinder (2024-08-07). "A Concise History of the Black-body Radiation Problem". Resonance. 29 (5): 645–670. doi:10.1007/s12045-024-0645-9. ISSN 0973-712X.
- ↑ "6.2: Blackbody Radiation". Physics LibreTexts (ภาษาอังกฤษ). 2016-11-01.
- ↑ Brace, D. B. (De Witt Bristol); Stewart, Balfour; Prévost, Pierre; Kirchhoff, Gustav Robert; Bunsen, Robert Wilhelm Eberhard (1901). The laws of radiation and absorption; memoirs by Prévost, Stewart, Kirchhoff, and Kirchhoff and Bunsen. University of California Libraries. New York, Cincinnati, American Book Company.
- ↑ Prévost, Pierre (1809). Du calorique rayonnant (ภาษาฝรั่งเศส). J.J. Paschoud.
- ↑ Stewart, Balfour (1861). "I.— An Account of some Experiments on Radiant Heat, involving an extension of Prevost's Theory of Exchanges". Transactions of the Royal Society of Edinburgh (ภาษาอังกฤษ). 22 (1): 1–20. doi:10.1017/S0080456800031288. ISSN 0080-4568.
- ↑ Kirchhoff, G. (1860). "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht". Annalen der Physik (ภาษาอังกฤษ). 185 (2): 275–301. doi:10.1002/andp.18601850205. ISSN 1521-3889.