วัตถุดำ

วัตถุดำ () คือ วัตถุในอุดมคติที่สามารถดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาตกกระทบได้ทุกช่วงความถี่ ไม่เกิดการสะท้อนและทะลุผ่านของคลื่น ทำให้วัตถุดำเป็นวัตถุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน (emissivity, ε) เท่ากับ 1 และเมื่อวัตถุดำอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน วัตถุดำจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดูดกลืนไปออกมา 

แนวคิดที่ใกล้เคียงกับวัตถุดำมากที่สุดคือ วัตถุที่มีช่องขนาดเล็กมากและผนังด้านในสามารถดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดีและขรุขระ ทำให้เมื่อมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องเข้ามา มันจะสะท้อนไปมาอยู่ภายในและถูกดูดกลืนไปในที่สุด

 การทดลองการแผ่รังสีของวัตถุดำ 

 การอธิบายการแผ่รังสีของวัตถุดำ 
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น 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 

 ปิแอร์ พรีโวสต์ (Pierre Prévost) ในปีค.ศ.1809 พรีโวสต์ตีพิมพ์ผลงานที่ชื่อว่า "Du calorique rayonnant" 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" 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" ซึ่งอธิบายหลักการของการแผ่รังสีความร้อน ว่า ณ อุณหภูมิสมดุลความร้อน อัตราส่วนของพลังงานการแผ่รังสีความร้อน (emissive power) ต่อพลังงานที่ดูดกลืน (absorptive power) จะเท่ากันเสมอ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความยาวคลื่นของการแผ่รังสี อีกทั้งเคอร์ชอฟฟ์ยังเสนอวัตถุทางอุดมคติที่สามารถดูดกลืนรังสีที่ตกกระทบได้ทั้งหมดและปลดปล่อยรังสีออกมาที่ความเข้มสูงสุดตามอุณหภูมิและความยาวคลื่นที่ได้รับมา

หมวดหมู่:อุณหพลศาสตร์
หมวดหมู่:การแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
หมวดหมู่:การถ่ายเทความร้อน

 แหล่งอ้างอิง