Реферат: Квантова природа випромінювання

(n= 0,1,2,…)

Використовуючи статистичні методи й квантовий характер теплового випромінювання, М. Планк вивів формулу універсальної функції Кірхгофа

(13)

яка блискуче погоджується з експериментальними даними розподілу енергії в спектрах випромінювання абсолютно чорного тіла у всьому інтервалі частот від 0 до ∞ і при різних температурах. Теоретичний зміст цієї формули М. Планк розповів 14 грудня 1900 р. на засіданні Німецького фізичного гуртка. Цей день став датою народження квантової фізики.

Використовуючи формулу Планка можна одержати закон Стефана — Больцмана. Згідно (9)

Введемо позначення х = hv/(kТ), звідки Тут k- стала Больцмана, яка дорівнює 1,38^. 10^-23 Дж/К. З урахуванням цих позначень інтегральна випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла R_e, буде дорівнювати

(14)

де так як

Таким чином, дійсно формула Планка дозволяє одержати закон Стефана – Больцмана. Крім того, підстановка числових значень k, с и h дає для постійної Стефана – Больцмана величину, яка добре погоджується з експериментальними даними.

Закон зміщення Віна одержимо за допомогою формули (3) і (13):

. (15)

Досліджуємо вираз (15) на максимум, здійснивши попередньо такі заміни:

, звідки .

Підставимо ці заміни в (15), одержимо

. (16)

Похідну від (16) прирівняємо до нуля , одержимо

,

звідки

або

Розв’язавши останнє трансцендентне рівняння графічним способом рис.3, знайдемо значення змінної величини x, при якій функція (16) досягає максимуму x=4965.

Рис. 3

Отже,

звідки

,

тобто, ми одержали закон зміщення Віна.

Таким чином, формула Планка не тільки добре погоджується з експериментальними даними, але й містить у собі дослідні закони теплового випромінювання, а також дозволяє обчислити постійні в законах теплового випромінювання. Отже, формула Планка є повним розв’язком основного завдання теплового випромінювання, поставленого Кірхгофом. Його розв’язування стало можливим лише завдяки революційній квантовій гіпотезі Планка.

5. Зовнішній фотоефект. Ефект Комптона