الجسم الأسود

الجَسْوَدُ (نحت جسم وأسود) أو الجسم الأسود هو جسمٌ وهميّ مثاليّ يحقق الشرطين التاليين. يمتصُ كل الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء مثلاً) الساقط عليه، ويشع إشعاع حراري يتناسبُ مع حرارته، على كامل الأطوال الموجية، لا يوجد جسم أسود مثالي لأنه لا يوجد جسم يمتص الأطوال الموجية ويشعها دون فقد في الطاقة وما نحو ذلك. الإشعاع الصادر عنه يكون بشكل متواحد الخواص (متساوي في كل الاتجاهات).

و بناءً على ذلك، الجسم الأسود هو أفضل ماصّ وباعث للإشعاع، وهو ما يسمى بِباعث انتشاريّ. و قد سميّ جسمًا "أسودًا" لأن اللون الأسود هو اللون الذي يمتصُ كل الضوء الساقطِ عليه ولا يعكس منه شيئاً.

جسم أسود في حالة توازن حراري (أي حرارته ثابتة) يُشِعّ إشعاع كهرومغناطيسي يسمى إشعاع الجسم الأسود. ولِكون هذا الجسم مثالياً، فهذا الإشعاع هو أكبر طاقة يمكن ان يشعُها أي جسم بنفس درجة الحرارة. يحكم هذا الإشعاع قانون بلانك الذي ينُصّ على أن حرارة الجسم هي العامل الوحيد المُحدِد لكمية الطاقة المنبعثة عند طول موجيّ معين.

يبين الشكل على اليسار عدة اطياف اجسام سوداء بدرجات حرارة مختلفة. تُلاحظ أنه كلما قلت الحرارة تنزاح القمة باتجاه الأطوال الموجية الأطول، أي باتجاه اللون الأحمر في نطاق الضوء المرئي. فعند حرارة 3000K يكون أكبر قدر للطاقة المنبعثة داخل النطاق المرئي عند الطول الموجيّ الذي يمثل اللون الأحمر. لهذا، عند تسخين الحديد يبدأ أولاً بالتحول للّون الأحمر. ثم إن تم تسخينه أكثر فأكثر يبدأ الأشعاع الحراري المنبعث منه يعطي أكبر قدر طاقة منبعثة (متمثل بقمة المنحنى) عند الطول الموجيّ الذي يمثل اللون الاصفر.

تمثيل واقعي قريب لهذا الجسم المثاليّ هو تجويف كبير نسبياً بجدران مُكمَّدة (قاتمة السواد) وفي أحدها ثقب صغير جداً. يدخل الضوء من هذا الثقب إلى التجويف وينعكس ويتشتت (و بالتالي يمتصه جسم هذا التجويف) داخل هذا الحيز الواسع، ولصغر الثقب يكون من غير المحتمل أن يخرج الضوء إلى الخارج.