29. Қара дененің сәуле шығару заңдары. Кирхгоф заңы. Тепе-теңдік жылулық сәуле шығарудың термодинамикасы. Рэлей-Джинс формуласы. Планк формуласы.

Қара дене өзіне түсетін барлық сәулелерді жұтып қояды, әрі мұндай дене шығаратын сәулеленуді оңай түсіндіруге болады. Қара дененің спектрі жиіліктердің үздіксіз диапазонынан тұрады. Мұндай үздіксіз спектрді қыздырылған қатты денелер немесе сұйықтар, газдар шығарады.

Кирхгоф заңы: сәулелену және жұтылу қабілеттері дененің қандай материалдан жасалғанына тәуелді емес, барлық денелер үшін температура мен жиілік универсалды болып табылады.

Абсолют қара дене үшін , сондықтан, яғни Кирхгофтың функциясы универсалды.

Жылулық сәуле шығару дененің ішкі энергиясының кемуіне, демек, дене температурасының төмендеуін, сууын туғызады. Энергияның ұзақ уақыт бойы шығарылу мүмкіндігін қамтамасыз ету үшін, оның шығынының орнын толтырып отыру қажет. Бірақ сәуле шығарумен қатар дененің өзі басқа денелер шығарған энергияның бір бөлігін жұтады. Энергияның жұтылуы дененің ішкі энергиясының өсуін, демек, температураның жоғарылауын туғызады. Денелердің энергияны тұрақты түрде шығаруы және жұтуы оңашаланған термодинамикалық жүйеде ақыр аяғында белгілі бір температураның орнығуына алып келеді; осы температура жағдайында дене шығарғанда энергияның кемуі, жұтқанда оның өсуімен теңгеріледі, шығарылатын және жұтылатын энергия спектрі уақытқа байланысты өзгеріссіз қалады. Сәуле шығарудың осы түрі тепе-теңдік сәуле шығару деп аталады.

Термодинамикалық жүйенің уақыт өткенде параметрлері өзгермейтін күйі термодинамикалық тепе-теңдік күй деп аталады. Термодинамикалық тепе-теңдікте тұрған жүйе үшін мына қасиеттер тән: жылулық сәуле шығару үшін оңашаланған жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйі белгілі уақыт өтісімен орнығады; егер жүйе термодинамикалық тепе-теңдікке жетсе және сыртқы жағдайлар өзгермейтін болса, онда жүйе өз бетінше осы күйден шыға алмайды.

ғасырдың аяғында физиктерді тұйыққа тіреген мәселе абсолют қара дененің сәулелену спектрін түсіндіру болды. Максвелл сәулелену қалай пайда болады дегенді түсіндіргенмен, шығарылған сәулеленудің спектрі қандай болатындығын айтып бере алмады. Вин және Рэлей классикалық көзқарастардың негізінде екі теориялық қисықтарды тұрғызды. Рэлейдің жылулық сәулелену теориясын Джинс аздап түзетті де,иол Рэлей – Джинс теориясы деп аталып кетті.

1900 жылдың аяғында Макс Планк энергия молекулалық осциллятор арасында үздіксіз емес, азғантай, дискреттік үлестірімдер түрінде таралған және ол тербеліс жиілігімен түрде байланыста болады деп алу арқылы шығаруға болады.- Планк тұрақтысы.

Планктың гипотезасы бойынша молекулалық тербелістердің энергиясы тек бүтін,шамасына еселі ғана бола алады.

Бұл гипотезаны көбіне Планктың кванттар гипотезасы деп атайды.

30. Жылулық сәулелену. Заттың сәулелену және жұтылу қабілеттілігінің қатынасы. Абсолютті қара дене моделі. Стефан – Больцман заңы. Виннің ығысу формуласы.

Жылулық сәуле шығару – бұл қыздырылған дененің шығарған жарығы. Күннің жарығы, майшамның жалына, қыздыру лампасының жарығы, электр доғасы, адам денесінің инфрақызыл сәулесі. Жылу шығару заттың агрегаттық күйіне және химиялық қасиеттеріне байланысты.

Жылулық сәулелену құбылысы тек қызған денелерде ғана емес, салқын денелерде де орын алады. Эксперименттік зерттеулер денелер өздерінен сәуле шығарып қана қоймай, оларды жұта алатынын көрсетті. Оны көптеген тәжірибелер растайды. Мысалы, параболоидтік айнаға вольфрамнан жасалған спираль қылын орнатып, оны электр тогымен инфрақызыл сәуле шығаратындай етіп қыздырайық. Оған қарама-қарсы қойылған екінші айнаның фокусына қара түске боялған құрғақ мақтаны іліп қойсақ, ол белгілі бір уақыттан кейін өз-өзінен тұтанып жана бастайды. Бұдан денелердің жылулыұ электромагниттік сәулелерді шығарып қана қоймай, оларды жұта алатынын көреміз. Ал қара түсті денелер сәулелерді басқа түсті денелерге қарағанда көбірек жұтады.

Өзіне түскен әртүрлі жиіліктегі сәулелердің энергиясын толықжұтып алатын денені абсолют қара дейміз. Абсолют қара дененің сәуле жұтқыштық коэффиценті 1-ге тең. Табиғатта өзіне түскен сіуле ағынын толығымен жұтып алатын дене кездеспейді. Өзінің оптикалық қасиеті жағынан абсолют қара денеге жақындайтындар қара күйе, қара бархыт және қарайтылғанплатина. Физикада абсолют қара дене моделі ретінде сыртқы беті сәуле ағынан өткізбейтін, ал ішкі беті өзіне түскен сәуленің біраз бөлігін сіңіріп алатын кішкене тесігі бар қуыс дене алынады.

1879 жылы австриялық физик Стефан тәжірибелерінің нәтижелерін зерделей отырып, 1884 жылы А.Больцман абсолют қара дененің интегралды энергетикалық жарқырауы абсолют температураның төртінші дәрежесіне тура пропорционал екенін анықтады.

, – Стефан-Больцман тұрақтысы.

–абсолют қара дененің интегралдық энергетикалық жарқырауы тек температураға тәуелді. абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығы жиілікке тәуелді. абсолют қара дененің сәулелену спектрінде энергияның таралуы біркелкі емес.

Винн абсолют қара дененің сәулелену қабілетінің максимумы сәйкес келетін жиіліктің температураға тәуелділігін тағайындады.

, ,– Винн тұрақтысы.