8. Сәулеленудің кванттық табиғаты

8.1. Жылулық сәулелену

 

     жылулық (температурвлық) сәулелену – қыздыру барысында заттың ішкі энергиясы есебінен электромагниттік толқындар шығару құбылысы. бұл сәулелену жарық шығаратын дененің температурасына және оптикалық қасиеттеріне тәуелді болады.

      энергетикалық жарқыраудың спектрлік тығыздығы (дененің сәуле шығарғыш қабілеті)–  дене бетінің  бірлік ауданынан бірлік уақытта жиіліктің бірлік интервалында сәулеленетін энергия.  

.                            (278)

 

    

     дененің спектрлік жұту қабілеті – дене бетінің бірлік ауданына бірлік уақытта  түскен жиілігі  мен до  аралығындағы электрмагниттік толқынның энергиясының қандай бөлігінің денеде жұтылатынын сипаттайтын өлшемсіз шама.

                                     (279)

-ның мәні толқынның жиілігіне, дененің химиялық құрамына, бетінің күйіне және температурасына тәуелді болады: 

     дененің энергетикалық жарқырауы  (интегралдық сәуле шығарғыш қабілеті) – дене бетінің  бірлік ауданынан бірлік уақытта сәулеленетін

0-ден  ∞-ке дейінгі барлық мүмкін  жиілікті электрмагниттік толқынның энергиясына тең шама.    

                                 (280)

 

     абсолют қара дене  –  кез келген температурада өзіне түскен барлық жиілікті сәулеленуді спектрлік құрамына, поляризация дәрежесіне, түсу бағытына тәуелсіз толығымен жұтатын дене.

абсолют қара дененің сәуле шығарғыш қабілеті: 

абсолют қара дененің спектрлік жұту қабілеті: 

абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауы  

     сұр дене – энергияны жұту қабілеті бірден кіші, толқынның барлық жиілігі үшін бірдей және тек температураға тәуелді  дене:

                                             

     кирхгоф заңы: дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығының оның спектрлік жұту қабілетіне қатынасы дененің табиғатына тәуелді болмайды және берілген температура  мен жиілікте абсолют қара дененің сәуле шығарғыш қабілетіне тең барлық денелер үшін универсал шама (кирхгоф функциясы):

(281)

дененің энергетикалық жарқырауы  

абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауы  .

 

сұр дененің энергетикалық жарқырауы:             

                  

 

     стефан– больцман заңы: абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауы оның термодинамикалық температурасының төртінші дәрежесіне тура пропорционал.

,                                              (282)

 

мұндағы 5,67·10^-8 вт/(м² ·к⁴) –стефан-больцман тұрақтысы.

абсолют қара дененің спектрінде сәулелену энергиясының бөлінуі біркелкі емес. өте жоғары және өте төмен жиіліктер аймағында абсолют қара дене жарық шығармайды. қара дененің температурасы артқанда энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығының максимал мәні қысқа толқынды (жоғары жиілікті)  аймаққа ығысады (119-сурет).

	rλ,T

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	λ

 

 

  

119-сурет

 

 

     виннің ығысу заңы: абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығының максимал мәніне сәйкес толқын ұзындығы дененің абсолют температурасына кері пропорционал болады. 

                                             (283)

мұндағы 2,9·10^-3 м ·к – вин тұрақтысы.

 

     абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығы үшін рэлей-джинс формуласы:

                                       (284)

мұндағы k =1,38·10^-23дж/к – больцман тұрақтысы.

 

     планктің кванттық гипотезасы: жарық белгілі бір мөлшердегі энергия бөліктері (кванттар) түрінде сәулеленеді және жұтылады.

     кванттың энергиясы  тербеліс жиілігіне тура пропорционал:

мұндағы h = 6,625·10^-34 дж·с –планк тұрақтысы.

    

     кирхгоф функциясы үшін планк формуласы:

                                       (285)