12. Жылулық сәуле шығару. Планк формуласы. Кирхгоф заңы.

Денелердің қыздырған кезде жарық шығаруын температуралық жарық немесе жылулық сәулелену д.а. Жылулық сәулеленудің тепе-теңдік сипатын дененің сәуле шығару нәтижесінде энергиясы қанша кемісе, өзі жұтқан сәулелік энергия мөлшері де сондай болумен түсіндіруге болады. Сөйтіп, жылулық сәулелену 3 тепе-теңдік күй өзінен-өзі орнауы керек. Сондадене не аз, не көп энергия жұтқан жағдайларда шығарылатын сәуле интенсивтігі күшеюі немесе бәсеңдеуі нәтижесінде жүйе қайтадан бұрынғы күйіне оралады да, тепе-теңдік орнықты болады. Дененің бетінен бірлік уақытта шығарылатын сәулелік энергия мөлшері дененің сәуле шығарғыштық қабілеті немесе энергетикалық жарқыраушысы д.а. Егер дененің сәуле шығарғыштық қабілеті ( ) спектрлік аралықтың бір алқабына есептелінсе, оны дененің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілеті деп атайды. Сөйтіп дененің сәуле шығарғыштық қабілеті мынаған тең: Егер дене мөлдір болмаса, онда дене бетіне түскен сәулелік энергияның біраз бөлігі жұтылады. Осы жұтылған энергияның түскен энергияға қатынасы дененің сәуле жұтқыштық қабілеті д.а. Демек, бұл шама түскен сәулелік энергияның қандай бөлігі жұтылғанын көрсетеді. Сонда толқындар ұзындығы λ және λ+dλ аралығында сәулелер энергиясының белгілі температурада дененің беті жұтқан бөлігін көрсететін шама дененің спектрлік сәуле жұтқыштық қабілеті д.а. Егер дене бетіне түскен сәулелік энергияны талғамай толық жұтатын болса, онда ондай дене абсолют қара дене д.а. Осындай дененің сәуле жұтқыштық қабілеті бірге тең ( ). Ал абсолют қара дененің толық сәуле шығарғыштық қабілетін алдағы формула арұылы табуға болады. Ондағы абсолют қара дененің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілеті, ол сәуле толқын ұзындығы λ мен температура Т-ға тәуелді болады, яғни . Неміс ғылымы Кирхгоф 1895 жылы термодинамика заңдарына сүйеніп, дененің сәуле шығарғыштық қабілетінің сәуле жұтқыштық қабілетіне қатынасы дененің табиғатына байланысты болмай, барлық денелерге бірдей, сәуленің толқын ұзындығы (λ) мен температурасына тәуелді әмбебап ф-я болады деген қорытынды жасады, яғни: . Осы қағида Кирхгоф заңы д.а.

Планктың кванттық болжамы-жарық үздік-үздік, белгілі бір мөлшерде энергия порциялары н/се энергия кванттары түрінде шығарылады(жұтылады) ж/е энергия квант тербеліс жиілігіне пропорционал мұндағы һ-6,62 1 Джс-Планк тұрақтысы. Сәулелену энергиясы квантталғандықтан, сәуле шығаратын осциллятор(атомдар) энергиялары квантталған деген сөз. Статистика заңдарын қолдана отырып кванттық осциллятордың орташа энергиясын қорытып шығарайық. Классикалық физикада энергияның мәні үздіксіз болғандықтан, орташа мәнін іздегенде интегралдық, ал кванттық физикада энергияның мәндері дикрентті болғандықтан, дикрентті деңгейдегі энергияның қосындысын аламыз. ˂ ˃= геометриялық прогрессияның қосындысын береді. Онда ˂ ˃= мұнда Олай болса ˂ ˃= Абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетінің толқын жиілігі мен температураға тәуелдігі былай жазылады: ˂ ˃= Бұл Планк формуласы. Берілген формула толқын жиілігінің 0-ден -ке дейінгі аралықта тәжірибе нәтижесімен сәйкес келеді. Планк формуласының физикалық мағынасы. Планк формуласына энергия тығыздығы жиіліктің кіші ж/е үлкен мәндерінде нөлге ұмтылады ж/е дененің температурасы өскен кезде энергия максимумы жиіліктің өсу жағына ұмтылады. Бұлай болу себебі Планк формуласы екі көбейткіштен тұрады ж/е . Бірінші моданың(тұрғын толқындар) санын, ал екіншісі олардың пайда болу ықтималдығын береді. Кіші жиілікте моданың саны нөлге ұмтылады (өте аз), ал үлкен жиілікте моданың пайда болу ықтималдығы нөлге ұмтылады.Сондықтан бір жиілікте максимумға ие болады. Максимумның температураға байланысты ығысуы мынада: температура жоғарлан сайын моданың пайда болу ықтималдығы артады, жоғарғы температурада үлкен жиілікті модалар пайда болады. Моданың пайда болуы Планк формуласының екінші мүшесі температура артқанда жиілікте артып экспонент мүшесі өзгермейді, ал өседі, олай болса максимум жиіліктің өсу жағына ығысады. Планк формуласы жылулық жарық шығарудың негізгі заңы болып табылады.