စကြဝဠာထဲက အရာအားလုံးကို ဝါးမြိုနိုင်တဲ့ မှော်ဆန်သော အနက်ရောင်အရာဝတ္ထု (Blackbody)
နေ့စဉ်ဘဝမှာ ကျွန်ုပ်တို့ပတ်ဝန်းကျင်က အရာဝတ္ထုတွေကို ကြည့်လိုက်ရင် အရောင်အသွေး စုံလင်စွာ မြင်တွေ့ရပါတယ်။ အနီရောင်၊ အပြာရောင်၊ အဖြူရောင် စသဖြင့်ပေါ့။ ဒါပေမဲ့ ရူပဗေဒ (Physics) လောကမှာတော့ အလင်းနဲ့ စွမ်းအင်အားလုံးကို လုံးဝ လက်မလွှတ်တမ်း စုပ်ယူပစ်နိုင်တဲ့ ထူးဆန်းတဲ့ အရာဝတ္ထုတစ်ခု ရှိပါတယ်။ အဲဒါကတော့ Blackbody (အနက်ရောင်ဝတ္ထု) ပဲ ဖြစ်ပါတယ်။
"Blackbody ဆိုတာ သူ့အပေါ်ကို ကျရောက်လာတဲ့ လျှပ်စစ်သံလိုက် ဖြာထွက်စွမ်းအင် (Electromagnetic Radiation) အားလုံးကို လုံးဝ ရောင်ပြန်မဟပ်စေဘဲ ၁၀၀% အပြည့်အဝ စုပ်ယူနိုင်သော စံပြဝတ္ထု (Ideal Body) ဖြစ်သည်။"
၁။ Blackbody က အနက်ရောင် အမြဲတမ်း ဖြစ်နေသလား?
နာမည်က "Black" လို့ ပါနေပေမဲ့ တကယ့်လက်တွေ့မှာ Blackbody ဟာ အမြဲတမ်း အနက်ရောင် ဖြစ်မနေပါဘူး။ အပူချိန် အလွန်မြင့်မားလာတဲ့အခါ Blackbody ဟာ စူးရှတောက်ပတဲ့ အလင်းတွေကို ဖြာထုတ်ပေးနိုင်ပါတယ်။
ဥပမာအားဖြင့် ညဘက် ကောင်းကင်မှာ တွေ့ရတဲ့ ကြယ်တွေနဲ့ နေ့ဘက်မှာ ကမ္ဘာကြီးကို အလင်းပေးနေတဲ့ နေမင်းကြီး (The Sun) ဟာဆိုရင် Physics သဘောအရ အလွန်ကောင်းမွန်တဲ့ Blackbody သဘာဝနီးပါး ရှိနေတာကို တွေ့ရပါတယ်။
၂။ Perfect Absorber ဖြစ်သလို Best Emitter လည်း ဖြစ်သည်
ရူပဗေဒပညာရှင် Kirchhoff ရဲ့ နိယာမအရ အပူစွမ်းအင်ကို အကောင်းဆုံး စုပ်ယူနိုင်တဲ့ ဝတ္ထုဟာ အပူစွမ်းအင်ကို အကောင်းဆုံး ပြန်လည်ဖြာထုတ်ပေးနိုင်စွမ်း (Best Emitter) လည်း ရှိပါတယ်။
- စုပ်ယူနိုင်စွမ်း (Absorption): မိမိအပေါ်သို့ ကျရောက်လာသော လှိုင်းအလျား (Wavelength) အားလုံး၊ ကြိမ်နှုန်း (Frequency) အားလုံးရှိ radiation တွေကို မည်သည့်ရောင်ပြန်မှုမျှ မရှိဘဲ စုပ်ယူပါတယ်။ ထို့ကြောင့် Perfect Absorber ဖြစ်ပါတယ်။
- ဖြာထုတ်နိုင်စွမ်း (Emission): သတ်မှတ်ထားသော အပူချိန်တစ်ခုမှာ အခြားမည်သည့် သာမန်ဝတ္ထုထက်မဆို စွမ်းအင်အများဆုံး ဖြာထုတ်ပေးနိုင်သောကြောင့် Best Emitter ဖြစ်ပါတယ်။
၃။ Emissivity (\(e\)) ဆိုတာ ဘာလဲ?
မျက်နှာပြင်တစ်ခု၏ ဖြာထွက်နိုင်စွမ်းကို တိုင်းတာသော Emissivity (\(e\)) တန်ဖိုးမှာ \(0\) နှင့် \(1\) ကြားတွင် ရှိပါသည် -
| ဝတ္ထု အမျိုးအစား | စုပ်ယူမှု (Absorption) | ဖြာထွက်မှု (Emission) | Emissivity (\(e\)) တန်ဖိုး |
|---|---|---|---|
| စံပြ Blackbody | Perfect Absorber (၁၀၀% အပြည့်) | Best Emitter (အကောင်းဆုံး) | \(e = 1\) |
| လက်တွေ့ သာမန်ဝတ္ထုများ | စွမ်းအင်တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းသာ စုပ်ယူ | စွမ်းအင်အနည်းငယ်သာ ဖြာထုတ် | \(0 < e < 1\) |
| လုံးဝ ရောင်ပြန်မျက်နှာပြင် (Ideal Reflector) | လုံးဝ မစုပ်ယူ (၀%) | လုံးဝ မဖြာထုတ် (၀%) | \(e = 0\) |
၄။ Stefan-Boltzmann နိယာမနှင့် စွမ်းအင်ဖြာထွက်မှု
Blackbody တစ်ခု၏ မျက်နှာပြင် ဧရိယာ \(1\text{ m}^2\) မှ တစ်စက္ကန့်အတွင်း ဖြာထွက်သော စုစုပေါင်း စွမ်းအင် (\(\varepsilon_b\)) သည် ၎င်း၏ သက်ဆိုင်ရာ အပူချိန် ကယ်လ်ဗင် (\(T\)) ၏ စတုတ္ထထပ်ညွှန်းကိန်း (\(T^4\)) နှင့် တိုက်ရိုက်အချိုးကျပါသည် -
\[\varepsilon_b = \sigma T^4\]
ဤနေရာတွင် \(\sigma\) (Stefan-Boltzmann constant) ၏ တန်ဖိုးမှာ \(5.67 \times 10^{-8} \text{ W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-4}\) ဖြစ်ပါသည်။ အပူချိန် အနည်းငယ် မြင့်တက်ရုံဖြင့် ဖြာထွက်စွမ်းအင်သည် အဆပေါင်းများစွာ တိုးတက်လာကြောင်း ဖော်ပြနေခြင်း ဖြစ်သည်။
💡 ကျောင်းသား/သူများအတွက် အဓိက မှတ်သားဖွယ်ရာ (Key Takeaway)
"The black body is a perfect absorber of radiation." ဟူသော ဖော်ပြချက်သည် True (မှန်ကန်) ဖြစ်ပြီး၊ Blackbody သည် Perfect Absorber ဖြစ်ရုံသာမက သတ်မှတ်အပူချိန်တိုင်းတွင် Best Emitter လည်း ဖြစ်ကြောင်း သတိပြုလေ့လာ မှတ်သားသင့်ပါသည်။
