گاز فوتون و تابش جسم سیاه
تابش حرارتی گازی از فوتونها است که از آمار بوز-اینشتین پیروی میکند و با در نظر گرفتن آن به عنوان چنین گازی، قانون پلانک، قانون استفان-بولتزمن و قانون جابجایی وین به دست میآیند.
Definition
گاز فوتون مدل مکانیک آماری تابش الکترومغناطیسی در تعادل گرمایی است که به عنوان گازی از فوتونها در نظر گرفته میشود و از آمار بوز-اینشتین با پتانسیل شیمیایی صفر پیروی میکند، که توزیع طیفی آن قانون تابش جسم سیاه پلانک است.
Scope
این موضوع به فوتون به عنوان یک بوزون بدون جرم با پتانسیل شیمیایی صفر، چگالی حالتهای الکترومغناطیسی در یک حفره، توزیع پلانک برای چگالی انرژی طیفی و نتایج یکپارچه – قانون استفان-بولتزمن برای توان تابشی کل و قانون جابجایی وین برای طول موج اوج – میپردازد. حل تاریخی فاجعه فرابنفش و فشار تابشی گاز فوتون نیز گنجانده شده است.
Core questions
- چرا گاز فوتون پتانسیل شیمیایی صفر دارد؟
- چگونه شمارش حالتهای حفره با آمار بوز-اینشتین منجر به قانون پلانک میشود؟
- چگونه قوانین استفان-بولتزمن و وین از توزیع پلانک پیروی میکنند؟
- چگونه تصویر فوتون فاجعه فرابنفش نظریه کلاسیک را حل کرد؟
Key concepts
- فوتونها به عنوان بوزونهای بدون جرم با پتانسیل شیمیایی صفر
- چگالی حالتهای الکترومغناطیسی
- توزیع پلانک و چگالی انرژی طیفی
- قوانین استفان-بولتزمن و جابجایی وین
- فشار تابشی گاز فوتون
Key theories
- قانون تابش پلانک
- کوانتش انرژی حالتهای تابش حفره و اعمال آمار بوز-اینشتین، چگالی انرژی طیفی تابش جسم سیاه را به دست میدهد و واگراییای را که همتوزیعی کلاسیک در طول موجهای کوتاه ایجاد میکرد، از بین میبرد.
Clinical relevance
نظریه تابش جسم سیاه زیربنای پیرومتری و تصویربرداری حرارتی، تعادل انرژی ستارگان و سیارات، تابش زمینه کیهانی (CMB) و کالیبراسیون منابع تابش است و نقطه آغاز تاریخی نظریه کوانتوم را رقم زد.
History
استخراج طیف جسم سیاه توسط پلانک در سالهای ۱۹۰۰-۱۹۰۱، با معرفی کوانتش انرژی برای تطبیق با منحنی مشاهدهشده، نظریه کوانتوم را آغاز کرد؛ مکانیک آماری بعدها با در نظر گرفتن تابش به عنوان گازی از فوتونها که از آمار بوز-اینشتین پیروی میکند، همان قانون را به طور واضح بازتولید کرد.
Key figures
- Max Planck
- Wilhelm Wien
- Josef Stefan
Related topics
Seminal works
- planck1901
- pathria2011
Frequently asked questions
- چرا پتانسیل شیمیایی فوتون صفر است؟
- فوتونها آزادانه توسط دیوارههای حفره ایجاد و جذب میشوند، بنابراین تعداد آنها پایسته نیست؛ به حداقل رساندن انرژی آزاد نسبت به تعداد فوتونها، پتانسیل شیمیایی را مجبور به صفر شدن میکند.