إشعاع الجسم الأسود – منحنى بلانك وقانون فين واللون

ماذا تعرض

يمتص الجسم الأسود المثالي كل الإشعاع الساقط عليه، ويصدر طيفًا لا يتوقف إلا على درجة حرارته. يصف قانون بلانك هذا الطيف، وكان افتراض أن الطاقة تُصدر في كمّات منفصلة E = hf بداية الفيزياء الكمية. عندما ترتفع درجة الحرارة T تزداد الطاقة المنبعثة عند كل طول موجي، وتنتقل القمة نحو الأطوال الموجية القصيرة وفق قانون فين للإزاحة λmax = b/T، وتزداد الشدة الكلية وفق قانون ستيفان–بولتزمان j = σT⁴. لذلك يتوهج الجسم الأبرد بلون أحمر، والأسخن بلون أبيض ثم مزرق، بينما لا تصدر الأرض إلا أشعة تحت حمراء.

طريقة الاستخدام

اختر «الشمس (~5778 K)» من قائمة «جسم جاهز» واضغط «حفظ المنحنى». ثم اسحب منزلق «درجة الحرارة T» إلى قيمة أقل واحفظ منحنى ثانيًا، وقارن ارتفاع القمة وموضعها ولون الدائرة المتوهجة. أبقِ «إظهار قمة فين» مفعّلًا لقراءة λmax، وفعّل «تكبير النطاق المرئي» لترى توزيع الطاقة على ألوان الطيف. اسحب المسطرة الصفراء أسفل الرسم لقياس طول موجي معيّن، واضغط «مسح المنحنيات المحفوظة» لتبدأ من جديد.

المعاملات القابلة للتغيير

• جسم جاهز مخصّص (اسحب منزلق درجة الحرارة), الأرض (~300 K), فرن (~700 K), مصباح متوهج (~3000 K), الشمس (~5778 K), سيريوس A (~9940 K)
• درجة الحرارة T 200–12000 K
• إظهار خط قمة فين
• إظهار نطاق الضوء المرئي

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تنتقل قمة منحنى بلانك نحو الأطوال الموجية القصيرة عندما ترتفع درجة الحرارة؟
2. إذا تضاعفت درجة الحرارة المطلقة لجسم أسود، فكم مرة تتضاعف شدة الإشعاع الكلية j = σT⁴؟
3. لماذا لا نرى الأرض تتوهج مع أنها تصدر إشعاعًا عند نحو 300 K؟