5. Жылулық шығарылған сәуле және оның сипаттамалары. Қара дене.

Электромагниттік сәуле шығарудың табиғатта ең көп таралған түрі жылулық сәуле шығару болып табылады. Жылулық сәуле заттың ішкі энергиясы есебінен шығарылады,сондықтан да ол температурасы 0 К-нен өзгеше кез- келген температурадағы барлық денелерге тән. Сәуле шығарудың барлық түрлерінен жылулық шығарылған сәуленің өзгешелігі- ол сәуле шығарылатын денелермен тепе- теңдікте бола алады. Яғни әрбір дене бірлік уақытта қандай энергия молшерін жұтатын болса,дәл сондай энергияны шығаратын болады.

Дене бетінің бірлік ауданынан бірлік уақытта жиіліктердің бірлік аралығында шығарылатын энергия энергетикалық жарқыраудың спектрлік тығыздығы (немесе дененің сәуле шығарғыштық қабілеті) деп аталады:

Мұндағы, -дене бетінің бірлік ауданынан бірлік уақытта жиіліктердің w- ден w+dw- ге дейінгі аралығында шығарылатын электромагниттік сәуле энергиясы.

Энергетикалық жарқыраудың спектрлік тығыздығы белгілі болса,онда дененің энергетикалық жарқырауын былай табуға болады:

Денелердің бұларға түсетін электромагниттік сәулені жұту қабілеті спектрлік жұту қабілетімен сипатталады. Дене бетінің бірлік ауданына жиіліктері dw аралығында жататын электромагниттік толқындардың d сәулелік ағыны түсетін болса, осы ағынның бөлігі денеде жұтылады. Ол өлшемсіздік мына шамаға тең:

/d

Бұл дененің спектрлік жұту қабілеті д.а. дененің сәуле жұтқыштық қабілеті жиілік пен температураның функциясы.

Кез- келген температура жағдайында денеге түсетін кез- келген жиіліктегі сәулені талғамай толық жұтатын дене үшін =1. Осындай денеқара дене деп аталады. Қара дене табиғатта болмайды. Бірақ бұндай денені қолдан жасауға болады. Осындай құрылғы- қара дене модел-і ішкі беті қараға боялған кішкене тесігі бар тұйық қуыс түрінде істеледі. Осындай қуыс ішіне енген жарық сәулесі қабырғалардан көп қайтара шағылады, осының нәтижесінде сыртқа шығатын сәуле интенсивтігі іс жүзінде нөлге тең болады.

6) Планк гипотезасы. Эксперимент деректерімен үйлесетін дұрыс f(,Т) функциясын 1900 ж. М.Планк тапты. Бұл үшін оған кез келген жүйе энергиясы үздіксіз өзгере алады деген классикалық физикада қалыптасқан түсініктен бас тартуға тура келді; классикалық физикаға жат жорамал жасады. Планк гипотезасына сәйкес осцилляторлар энергиясы тек дискретті мәндер қабылдай алады, яғни энергияның қарапайым үлестерінің бүтін сандарына еселі мәндер қабылдай алады:

(n=0,1,2...) (1)

Мұндағы ω=2πν – циклдік жиілік, һ=2π- универсал тұрақты, Планк тұрақтысы деп аталады. Оның мәнін Планк қара дене шығаратын жылулық сәуле спектріндегі энергияның үлестірілуін зерттеу кезінде алынған эксперимент нәтижелерінен есептеп шығарды.

һ=6.626Дж*с

=1,0545Дж*с

Осциллятордың шығаратын жиілігі ω сәулесінің орташа энергиясы(2)

Ал қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығы:

_{өрнегімен анық (3)}

(3) өрнек Планк формуласы деп аталады. Осы формула 0-ден -ке дейінгі барлық жиіліктераралығында эксперимент деректерімен дәл келеді; және қара дене сәулесінің барлық ерекшеліктерін түгел бейнелеп береді. Мәселен, осы формуладан Стефан-Больцман формуласын да, Вин формуласын да шығарып алуға болады.