វិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅ

វិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅ៖ បាតុភូតរូបវិទ្យាដែលបានបំផុសគំនិតដល់បដិវត្តន៍កង់ទិច

Pendahuluan
វិទ្យុសកម្ម​វត្ថុខ្មៅ គឺជាគោលគំនិតជាមូលដ្ឋានមួយនៅក្នុងរូបវិទ្យា ដែលដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការអភិវឌ្ឍមេកានិចកង់ទិច។ ខណៈពេលដែលពាក្យនេះអាចស្តាប់ទៅគួរឱ្យខ្លាច វត្ថុខ្មៅ នៅក្នុងបរិបទនេះ សំដៅទៅលើវត្ថុដ៏ល្អមួយដែលស្រូបយកវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចទាំងអស់ដែលធ្លាក់មកលើវាទាំងស្រុង ដោយមិនឆ្លុះបញ្ចាំង ឬបញ្ជូនថាមពលណាមួយត្រឡប់មកវិញឡើយ។

នៅចុងសតវត្សរ៍ទី១៩ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រដែលសិក្សាអំពីវិទ្យុសកម្មកម្ដៅបានរកឃើញថា គោលគំនិតនៃវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅមិនត្រឹមតែពាក់ព័ន្ធសម្រាប់ការយល់ដឹងអំពីបាតុភូតប្រចាំថ្ងៃប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏បានបើកផ្លូវសម្រាប់បដិវត្តន៍មួយនៅក្នុងការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីពិភពអនុអាតូមផងដែរ។ អត្ថបទនេះនឹងពិភាក្សាអំពីគោលគំនិតនៃវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅ ច្បាប់ពាក់ព័ន្ធនៃរូបវិទ្យា សារៈសំខាន់របស់វានៅក្នុងប្រវត្តិសាស្ត្ររូបវិទ្យា និងការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាទំនើប។

គោលគំនិត និងនិយមន័យនៃវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅ

រាងកាយខ្មៅគឺជាឧត្តមគតិនៃវត្ថុមួយដែល៖
១. ស្រូបយកវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចទាំងអស់ដែលធ្លាក់មកលើវា គ្មានអ្វីត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំង ឬបញ្ជូនឡើយ។
2. បញ្ចេញវិទ្យុសកម្មក្នុងទម្រង់លក្ខណៈដែលអាស្រ័យតែលើសីតុណ្ហភាពរបស់វត្ថុប៉ុណ្ណោះ។

រាងកាយខ្មៅល្អឥតខ្ចោះមិនមាននៅក្នុងពិភពពិតទេ ប៉ុន្តែវត្ថុដូចជាប្រហោងដែលមានរន្ធតូចៗ ឬវត្ថុកាបូនខ្មៅប្រហាក់ប្រហែលនឹងស្ថានភាពនេះ។

វិទ្យុសកម្មដែលបញ្ចេញដោយវត្ថុខ្មៅត្រូវបានគេហៅថា វិទ្យុសកម្មវត្ថុខ្មៅ។ លក្ខណៈនៃវិទ្យុសកម្មនេះត្រូវបានកំណត់ដោយសីតុណ្ហភាពរបស់វត្ថុ ហើយត្រូវបានពិពណ៌នាដោយច្បាប់រូបវិទ្យាជាច្រើន រួមទាំងច្បាប់ Stefan-Boltzmann និងច្បាប់ផ្លាស់ទីលំនៅរបស់ Wien។

ច្បាប់ Stefan-Boltzmann

ច្បាប់ Stefan-Boltzmann ចែងថា ថាមពលសរុបដែលបញ្ចេញក្នុងមួយឯកតាពេលវេលាក្នុងមួយឯកតាផ្ទៃដោយវត្ថុខ្មៅមួយ គឺសមាមាត្រដោយផ្ទាល់ទៅនឹងថាមពលទីបួននៃសីតុណ្ហភាពរបស់វត្ថុនៅក្នុង Kelvin។ តាមគណិតវិទ្យា វាត្រូវបានបង្ហាញដូចខាងក្រោម៖

\[ E = \sigma T^4 \]

កន្លែងណា៖
– \( E \) គឺជាថាមពលក្នុងមួយឯកតាផ្ទៃ (W/m²),
–\(T\) គឺជាសីតុណ្ហភាពនៅក្នុង Kelvin,
– \( \sigma \) គឺជាចំនួនថេរ Stefan-Boltzmann \(\ប្រហែល 5.67 \ដង 10^{-8} W m^{-2} K^{-4}\)។

ច្បាប់នេះបង្ហាញថា សូម្បីតែការកើនឡើងតិចតួចនៃសីតុណ្ហភាពក៏អាចប៉ះពាល់ដល់បរិមាណថាមពលសរុបដែលបញ្ចេញដោយរូបកាយខ្មៅដែរ។

ច្បាប់ផ្លាស់ទីលំនៅរបស់ទីក្រុងវីយែន

ច្បាប់​ផ្លាស់​ទីលំនៅ​របស់​វីន ពិពណ៌នា​អំពី​ទំនាក់ទំនង​រវាង​សីតុណ្ហភាព​នៃ​វត្ថុ​ខ្មៅ និង​រលក​ពន្លឺ​ដែល​អាំងតង់ស៊ីតេ​វិទ្យុសកម្ម​អតិបរមា។ តាម​គណិតវិទ្យា ច្បាប់​នេះ​ត្រូវ​បាន​ចែង​ថា៖

\[ \lambda_{\text{max}} = \frac{b}{T} \]

កន្លែងណា៖
– \( \lambda_{\text{max}} \) គឺជារលកពន្លឺនៅអាំងតង់ស៊ីតេអតិបរមា
–\(T\) គឺជាសីតុណ្ហភាពនៅក្នុង Kelvin,
–\( b\) គឺជាចំនួនថេររបស់វីន \(ប្រហែល 2.898 \គុណនឹង 10^{-3} m K\)។

ច្បាប់នេះមានន័យថា នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពរបស់វត្ថុខ្មៅកើនឡើង រលកពន្លឺកំពូលរបស់វានឹងផ្លាស់ប្តូរទៅជារលកពន្លឺខ្លីជាង។ ឧទាហរណ៍ វត្ថុក្តៅខ្លាំងដូចជាផ្កាយ នឹងបញ្ចេញកំពូលវិទ្យុសកម្មនៅក្នុងតំបន់ខ្លីជាងនៃវិសាលគម ពោលគឺនៅក្នុងតំបន់ដែលអាចមើលឃើញ ឬតំបន់អ៊ុលត្រាវីយូឡេ។

វិបត្តិអ៊ុលត្រាវីយូឡេ និងការចាប់ផ្តើមនៃមេកានិចកង់ទិច

នៅចុងសតវត្សរ៍ទី១៩ អ្នករូបវិទ្យាបានព្យាយាមពន្យល់ពីវិសាលគមនៃវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅដោយប្រើទ្រឹស្តីបុរាណ ប៉ុន្តែបានជួបប្រទះការលំបាក។ គំរូ Rayleigh-Jeans ដែលផ្អែកលើទ្រឹស្តីអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចបុរាណ បានព្យាករណ៍ថាថាមពលវិទ្យុសកម្មនឹងកើនឡើងដោយគ្មានដែនកំណត់នៅរលកពន្លឺខ្លីបំផុត (បាតុភូតមួយដែលគេស្គាល់ថាជា "គ្រោះមហន្តរាយអ៊ុលត្រាវីយូឡេ")។

បញ្ហានេះមិនអាចដោះស្រាយបានដោយទ្រឹស្តីបុរាណទេ ហើយទាមទារវិធីសាស្រ្តថ្មីមួយ។ បន្ទាប់មក អ្នករូបវិទ្យាអាល្លឺម៉ង់ Max Planck បានស្នើថា ថាមពលត្រូវបានបញ្ចេញ ឬស្រូបយកជាឯកតាដាច់ពីគ្នា ដែលហៅថា quanta។ នៅឆ្នាំ 1900 គាត់បានពិពណ៌នាអំពីច្បាប់នៃការចែកចាយថាមពលនៃវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅដោយប្រើគោលគំនិតនៃការវាស់វែងបរិមាណថាមពល៖

\[ E = h \nu \]

កន្លែងណា៖
–\( E\) គឺជាថាមពលនៃបរិមាណ
– \( h \) គឺជាចំនួនថេររបស់ Planck (\( \approx 6.626 \x10^{-34} \) Js),
–\(\nu\) គឺជាប្រេកង់វិទ្យុសកម្ម។

ទ្រឹស្តីរបស់ Planck បានពន្យល់ដោយជោគជ័យអំពីវិសាលគមនៃវិទ្យុសកម្មខ្មៅដោយមិនទទួលរងនូវ "ការបរាជ័យអ៊ុលត្រាវីយូឡេ" ហើយបានបើកផ្លូវសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍទ្រឹស្តីកង់ទិចដែលនឹងធ្វើបដិវត្តរូបវិទ្យានៅសតវត្សរ៍ទី 20។

កម្មវិធីនៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាទំនើប

វិទ្យុសកម្ម​រាងកាយ​ខ្មៅ​មាន​កម្មវិធី​ជាក់ស្តែង​មួយ​ចំនួន​ក្នុង​បច្ចេកវិទ្យា និង​ការស្រាវជ្រាវ​វិទ្យាសាស្ត្រ រួមមាន៖

១. ទែម៉ូក្រាហ្វីអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ៖ ដោយប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ ដើម្បីរកឃើញវិទ្យុសកម្មរបស់វត្ថុខ្មៅ និងគូសផែនទីសីតុណ្ហភាពផ្ទៃនៃវត្ថុមួយ បច្ចេកវិទ្យានេះត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់ក្នុងការត្រួតពិនិត្យឧស្សាហកម្ម វេជ្ជសាស្ត្រ និងសន្តិសុខ។

២. រូបវិទ្យាតារាសាស្ត្រ៖ ការសិក្សាអំពីវត្ថុនៅលើមេឃច្រើនតែពាក់ព័ន្ធនឹងការសង្កេតមើលវិទ្យុសកម្មកម្ដៅរបស់វា ដើម្បីកំណត់សីតុណ្ហភាព សមាសភាព និងចម្ងាយរបស់វា។ ឧទាហរណ៍ ច្បាប់ផ្លាស់ទីលំនៅរបស់វីនអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីប៉ាន់ស្មានសីតុណ្ហភាពរបស់ផ្កាយដោយផ្អែកលើវិសាលគមវិទ្យុសកម្មរបស់វា។

៣. ម៉ាស៊ីនកម្តៅអគ្គិសនី៖ ឧបករណ៍កម្តៅប្រើធាតុមួយដែលស្រូបយក និងបញ្ចេញថាមពលកម្ដៅក្នុងទម្រង់ជាវិទ្យុសកម្មអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ ដែលស្រដៀងនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិនៃរាងកាយខ្មៅ។

៤. ការគណនាប្រសិទ្ធភាពថាមពល៖ គណនាប្រសិទ្ធភាពត្រជាក់ និងកំដៅនៅក្នុងកម្មវិធីវិស្វកម្មផ្សេងៗដោយប្រើលក្ខណៈវិទ្យុសកម្មរាងកាយខ្មៅ។

៥. រូបវិទ្យាភាគល្អិត និងលោហធាតុវិទ្យា៖ ការសិក្សាបន្ថែមអំពីវិទ្យុសកម្មវត្ថុខ្មៅជួយក្នុងការយល់ដឹងអំពីប៊ីកប៊ែង និងវិទ្យុសកម្មផ្ទៃខាងក្រោយមីក្រូវ៉េវលោហធាតុ។

Penutup

វិទ្យុសកម្ម​វត្ថុខ្មៅមិនត្រឹមតែជួយយើងឱ្យយល់អំពីឥរិយាបថរបស់វត្ថុមួយចំនួនដែលបញ្ចេញវិទ្យុសកម្មកម្ដៅប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែវាក៏បានជម្រុញឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរជាមូលដ្ឋាននៅក្នុងរូបវិទ្យាផងដែរ។ ការរកឃើញ និងការយល់ដឹងអំពីវិទ្យុសកម្មវត្ថុខ្មៅបាននាំអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រទៅរកមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃមេកានិចកង់ទិច និងបានផ្លាស់ប្តូររបៀបដែលយើងមើលឃើញសកលលោក។

គោលគំនិតមួយដែលធ្លាប់ត្រូវបានបដិសេធថាជាបញ្ហាទ្រឹស្តី ឥឡូវនេះបានក្លាយជាសសរស្តម្ភដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែងជាច្រើនប្រភេទ។ ចាប់ពីទែរម៉ូក្រាហ្វីរហូតដល់រូបវិទ្យាតារាសាស្ត្រ ការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីវិទ្យុសកម្មរបស់ដុំខ្មៅនៅតែបន្តជះឥទ្ធិពលដល់ចំណេះដឹងវិទ្យាសាស្ត្រ និងការច្នៃប្រឌិតបច្ចេកវិទ្យា ដែលផ្តល់ឱ្យយើងនូវការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីបាតុភូតធម្មជាតិដ៏ស្មុគស្មាញ និងគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍។