ब्लैक बॉडी रेडिएशन: थर्मल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन

एक ब्लैक बॉडी एक आदर्श भौतिक बॉडी है जो आवृत्ति या घटना के कोण की परवाह किए बिना सभी घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करता है। ब्लैक बॉडी रेडिएशन के बारे में सोचने का एक तरीका यह है कि यह एक स्थिर तापमान पर एक काल्पनिक “परफेक्ट” रेडिएटर से निकलने वाला उत्सर्जन है। विकिरण में एक विशिष्ट स्पेक्ट्रम और तीव्रता होती है जो मुख्य रूप से बॉडी के तापमान पर निर्भर के साथ-साथ इसके आकार और अन्य विशेषताओं पर भी निर्भर करती है।

इन गुणों के अध्ययन ने आधुनिक भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण खोजों में से एक को जन्म दिया: प्लैंक का नियम, जो बताता है कि किसी भी तरंग दैर्ध्य पर एक काले शरीर से वर्णक्रमीय चमक (प्रति इकाई क्षेत्र की शक्ति) उसके पूर्ण तापमान की चौथी शक्ति के सीधे आनुपातिक है। इस लेख में जानें कि ब्लैक बॉडी रेडिएशन क्या है? इसका इतिहास, और ब्लैक बॉडी के विकिरण का अनुप्रयोग।

ब्लैक बॉडी रेडिएशन क्या है?

“ब्लैकबॉडी रेडिएशन” जिसे “कैविटी रेडिएशन” के रूप में भी जाना जाता है, एक ऐसी वस्तु या प्रणाली को संदर्भित करता है जो सभी घटना विकिरण को अवशोषित करती है और ऊर्जा को फिर से विकीर्ण करती है जो इस विकिरण प्रणाली के लिए अद्वितीय है और इसे प्राप्त होने वाले विकिरण के प्रकार से अप्रभावित है। विकीर्ण गुहा की एक स्थायी तरंग या गुंजयमान मोड को विकिरणित ऊर्जा का स्रोत माना जाता है।

दूसरे शब्दों में, ब्लैक-बॉडी रेडिएशन एक ब्लैक बॉडी द्वारा जारी थर्मल इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन है, जब वह अपने पर्यावरण (एक आदर्श अपारदर्शी, गैर-परावर्तक बॉडी) के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में होता है। इसमें तरंग दैर्ध्य का एक परिभाषित स्पेक्ट्रम होता है जो तीव्रता से विपरीत होता है और केवल बॉडी के तापमान पर निर्भर होता है, जिसे गणना और सिद्धांत के लिए एक समान और स्थिर माना जाता है।

निरपेक्ष शून्य (0 K, -273.15 ^oC) से अधिक तापमान वाली सभी वस्तुओं द्वारा विद्युतचुंबकीय विकिरण उत्सर्जित होता है। एक ब्लैकबॉडी एक काल्पनिक या मॉडल निकाय है जो सभी घटना विकिरण को अवशोषित करता है और किसी को प्रतिबिंबित या उत्सर्जित नहीं करता है। यह एक काल्पनिक वस्तु है जो सभी तरंग दैर्ध्य में एक “परिपूर्ण” विकिरण अवशोषक और उत्सर्जक है। विकिरणित तापीय ऊर्जा का एक ब्लैकबॉडी का वर्णक्रमीय वितरण (यानी, तरंग दैर्ध्य या आवृत्तियों की एक सीमा पर विकिरण की तीव्रता का पैटर्न) पूरी तरह से उसके तापमान से निर्धारित होता है।

ब्लैक बॉडी रेडिएशन का वर्णक्रमीय वितरण

एक ब्लैक बॉडी एक काल्पनिक वस्तु है जो वर्णक्रमीय वितरण के साथ सभी आवृत्तियों पर विकिरण का उत्सर्जन करती है जो पूरी तरह से तापमान पर निर्भर होती है न कि वस्तु की संरचना पर। ब्लैक-बॉडी रेडिएशन उस विकिरण को दिया गया नाम है जो ऐसी वस्तु उत्सर्जित करती है। एक निश्चित तापमान पर रखी एक खोखली गुहा में एक प्रायोगिक पिनहोल ब्लैक बॉडी रेडिएशन उत्पन्न कर सकता है।

ब्लैक बॉडी रेडिएशन का इतिहास

ब्लैकबॉडी रेडिएशन एक प्रकार का थर्मल रेडिएशन है, इसका इतिहास थर्मल रेडिएशन के अध्ययन से शुरू होता है। विलियम हर्शेल, एक खगोलविद ने एक प्रयोग किया जिसमें उन्होंने प्रकाश का एक स्पेक्ट्रम बनाने के लिए एक प्रिज्म का उपयोग किया और 1800 में स्पेक्ट्रम के साथ विभिन्न बिंदुओं पर तापमान को मापा। उन्होंने पाया कि तापमान पूरे स्पेक्ट्रम में भिन्न होता है, जिसका अर्थ है कि थर्मल विकिरण और प्रकाश तरंगें समान हैं। उन्होंने यह भी पाया कि तापमान स्पेक्ट्रम के लाल खंड के नीचे सबसे अधिक था, जहां कोई दृश्य प्रकाश मौजूद नहीं था। इन्फ्रारेड प्रकाश, जो पृथ्वी पर अधिकांश पिंडों के लिए तापीय विकिरण का प्रमुख चैनल है, उच्चतम तापमान वाले इन तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है।

यह मानते हुए कि एक मानव एक ब्लैकबॉडी है, विकिरण की उच्चतम तीव्रता वाली तरंग दैर्ध्य लगभग 104 एनएम (नैनोमीटर) है, जो कि अवरक्त स्पेक्ट्रम में है। जिन वस्तुओं का तापमान 3000 K (केल्विन) से कम है, उनकी इसी तरह इन्फ्रारेड सेक्शन में उनकी उच्चतम तीव्रता होगी, जैसा कि नीचे इमेज में ब्लैक बॉडी रेडिएशन का वर्णक्रमीय वितरण को दिखाया गया है।

बाल्फोर स्टीवर्ट ब्लैकबॉडी विकिरण के अध्ययन में अगले अग्रणी थे, जिन्होंने समान तापमान पर लैंप-ब्लैक सतहों से गैर-काले स्रोतों से विकिरण की ताकत की तुलना की। उन्होंने पाया कि दीपक-काली सतहों ने सबसे अधिक विकिरण को अवशोषित किया और स्वयं से सबसे तीव्र विकिरण उत्पन्न किया। प्रकाश तरंगों के तापीय विकिरण को ले जाने के तरीके के कारण पहला बिंदु स्वयं स्पष्ट है। चूंकि काली सतहें सभी प्रकाश को अवशोषित करती हैं, इसलिए वे जितना संभव हो उतना थर्मल विकिरण अवशोषित करती हैं।

ठीक एक साल बाद, गुस्ताव किरचॉफ नाम के एक जर्मन वैज्ञानी ने स्वतंत्र रूप से बालफोर के परिणामों की खोज की और अपने थर्मल उत्सर्जन सिद्धांत के साथ उन पर सुधार किया। उनकी परिकल्पना के अनुसार, थर्मल संतुलन में एक सतह में थर्मल विकिरण अवशोषण और उत्सर्जन के लिए समान क्षमता होती है। नतीजतन, एक काला द्रव्यमान, जो सभी थर्मल विकिरण को पूरी तरह से अवशोषित करता है, सबसे अधिक तापीय ऊर्जा का अनुमान लगाएगा। इसके अलावा, उनकी परिकल्पना ने प्रदर्शित किया कि उत्सर्जन से अवशोषण का अनुपात केवल तापमान का एक कार्य है, जिसमें कोई अन्य चर(variables) नहीं है। किरचॉफ के सिद्धांत से पहले अवशोषण और उत्सर्जन के बीच के संबंध को अच्छी तरह से समझा गया था, लेकिन उन्होंने इसे पूरी तरह से प्रदर्शित किया और इस पर विस्तार से बताया, “ब्लैकबॉडी” शब्द को एक ऐसे बॉडी का वर्णन करने के लिए गढ़ा जो सभी थर्मल विकिरण को अवशोषित करता है। बेशक, यह एक आदर्शीकरण है जो प्रकृति में मौजूद नहीं है, लेकिन कई बॉडी काले बॉडी होने के बेहद करीब हैं और यथार्थवाद के किसी भी नुकसान के बिना इसे इस तरह वर्णित किया जा सकता है।

1900 में, मैक्स प्लैंक ने उस फ़ंक्शन की खोज की जो एक ब्लैकबॉडी के उत्सर्जन और अवशोषण के अनुपात को नियंत्रित करता है। उनके सूत्र ने दिखाया कि जब तापमान बढ़ता है, तो सभी तरंग दैर्ध्य के लिए विकिरण सार्वभौमिक रूप से बढ़ता है, जबकि अधिकतम विकिरण के अनुरूप तरंग दैर्ध्य कम हो जाता है। नतीजतन, अत्यधिक गर्म वस्तुओं से उच्चतम विकिरण दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम के भीतर होता है, और अत्यधिक उच्च तापमान पर, यहां तक ​​कि पराबैंगनी मामले में भी।

ब्लैक बॉडी रेडिएशन का अनुप्रयोग

ब्लैक बॉडी रेडिएशन के अधिकतर उपयोग किए जाने वाले अनुप्रयोग हैं:

• प्रकाश
• गरम करना
• सुरक्षा
• थर्मल इमेजिंग
• परीक्षण और माप
• ब्रह्मांड विज्ञान
• पृथ्वी का प्रभावी तापमान
• किसी ग्रह और उसके तारे के बीच तापमान संबंध
• मानव-शरीर उत्सर्जन

विकिरण के प्लैंक नियम का उपयोग किसी भी तापमान और तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा की तीव्रता को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। विकिरण थर्मामीटर को कैलिब्रेट करने और परीक्षण करने के लिए, एक ज्ञात तापमान के साथ एक ब्लैकबॉडी विकिरण स्रोत या जिसे मापा जा सकता है, आमतौर पर नियोजित किया जाता है। ब्लैक बॉडी रेडिएशन के अनुप्रयोगों का प्रतिनिधित्व करने वाली कुछ छवियां नीचे दी गई हैं।

निष्कर्ष

निष्कर्ष में, यह देखा जा सकता है कि शास्त्रीय यांत्रिकी ब्लैकबॉडी विकिरण जैसी स्वाभाविक रूप से होने वाली घटना की व्याख्या करने में विफल रही। ब्लैकबॉडी विकिरण के मामले में, क्वांटम यांत्रिकी प्रयोगात्मक अवलोकन और सैद्धांतिक भविष्यवाणी के बीच एक कड़ी के रूप में कार्य करता है। गांठ या पैकेट में ऊर्जा की अवधारणा बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में नयी थी, और इसने हमारी समझ को पूरी तरह से बदल दिया है कि दुनिया सूक्ष्म पैमाने पर कैसे काम करती है। क्वांटम भौतिकी, चीजों के बड़े पैमाने की तुलना में, एक नए परिप्रेक्ष्य (यानी, गैर-निरंतर ऊर्जा) से दुनिया के कामकाज पर विचार करने के लिए मजबूर करती है, कोपर्निकस के सुझाव की तरह कि पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूमती है, जो अनिवार्य रूप से बदल गई उस समय के पारंपरिक वैज्ञानिकों द्वारा आयोजित विश्व धारणा।

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स्त्रोत

• October 1900: Planck’s Formula for Black Body Radiation. (n.d.). Aps.Org. Retrieved February 26, 2022
• Selection and applications of a black body radiation source | Ci Systems. (n.d.). Ci-Systems.Com. Retrieved February 26, 2022
• Blackbody Radiation – Tutor Me Now. (n.d.). Tutor Me Now. Retrieved February 26, 2022, from http://www.tutormenow.ca/resources/blackbody-radiation

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