ワインの法則は、最大強度の光の波長と物体の絶対温度との間のリンクを確立します。
言い換えれば、ウェインの変位則は、物体が異なる温度で異なる波長のスペクトルを生成する理由を説明しています。たとえば、より高温の物体はより短い波長を放出し、赤みがかった色合いになりますが、より低温の物体はより長い波長を放出し、青色の色合いになります.
ウィーンの法則
黒体放射体の温度が上昇すると、放出されるエネルギーの総量が増加し、放射曲線のピークがより短い波長にシフトします。プランク放射公式を使用して最大値を計算すると、ピーク波長と温度の積が一定であることがわかります。
法律の数学的表現:
λₘT =b
どこで、
- λₘ は最大強度に対応する最大波長です
- b はウィーンの変位定数 =2.8977*103 m.K
- T はケルビン単位の温度です
ウィーン定数は、黒体の熱力学的温度とその波長との関係を定義する物理定数です。これは、温度と黒体の波長の積であり、波長が温度とともに最大値に近づくにつれて減少します。
ウィーンの変位法則の導出
ウィリアム・ウィーンズは、熱力学を利用して、放射によって放出されるエネルギーに関連する波長の分布を説明し、ウィーンの分布法則という用語を作り出しました。ウィーン分布によれば、エネルギー分布は λ-5 に比例して変化します。
λ の値が小さい場合、指数成分が重要になり、他の要因 λ-5 よりも大きく寄与します。これは、短波長で λ が減少するにつれて E が増加することを示唆しています。一方、λが大きくなると、指数係数は非常に小さくなります。この範囲では支配的であり、したがって、λが増加するにつれて E を減らす必要があります。
一見すると、ウィーンの法則は黒体放射曲線を適切に説明しているように見えます。ただし、ウィーンの分布法則によって表示される曲線を実験曲線と比較してください。ご覧のとおり、ウィーンの法則は低い A 範囲では非常によく適合しますが、高い A 範囲では両方の曲線に食い違いがあります。これは、実験的な不確実性によって説明するには大きすぎる理論的分布法則のエラーを意味し、理論的な問題を示しています。ウィーンは彼の関係の崩壊を説明することも、代わりを提供することもできませんでした.
ウィーンの法則は包括的な説明を提供しませんが、以下を使用して、温度に対する最大スペクトル放射パワーの依存性を決定できます:
λ =λₘ, λₘT =b, ウィーンの変位則から
どこで、
- λₘ – 最高強度に対応する波長
- T – 絶対温度
b – ワイン定数とその値は、2.88 x 10-³ m-K または 0.288 cm-K で提供されます
ウィーンの変位法の限界
ウィーンの変位法則の制約は、より長い波長の黒体放射が存在すると失敗することを意味します。体温が下がると、連続的なワイン曲線を得ることができなくなります。
ウィーンの変位の重要性
天体の温度を計算するために、ウィーンの変位則を使用することができます。リモートセンサーの開発に採用されています。ウィーンの変位規則のその他の用途には、次のようなものがあります:
- 白熱電球:フィラメントの温度が下がると、光の波長が長くなり、光がより赤く見えます。
- 太陽の温度:人間の目に見える緑色スペクトルの 500 nm の波長を使用して、ナノメートルあたりの太陽のピーク放射を調べることができます。
結論
量子力学の黎明期、物理学者にとって主な困難は、原子の波動特性を説明することでした。量子物理学では、黒体放射が重要です。絶対零度では、黒い物質はすべての放射線を吸収します。つまり、放射線の透過や放出はありません。多くの科学者が黒体放射の理解に貢献してきました.
マックス プランクは黒体放射を定量化しましたが、レイリー ジーンズとウェインはプランクの法則の例外を提供しました。より短い波長については、ウェインの法則が開発されましたが、レイリー・ジーンズはより長い波長について説明しました。ただし、ウェインの法則はマックス プランクの説明よりも古いものです。
