ウィーンの法則は、黒体 (すべての周波数の光を放出および吸収する理想的な物質) の温度と、最も多くの光を放出する波長との関係です。規則を発見し、1911 年にノーベル物理学賞を受賞したドイツの科学者ヴィルヘルム ウィーンにちなんで名付けられました。
1890 年代に、ウィーンは黒体放射の波長または周波数分布に取り組みました。完全な黒体の適切な近似として、小さな穴のあるオーブンを使用するのが彼のアイデアでした。小さな穴に入る放射線は分散され、オーブンの内壁で頻繁に反射されるため、入ってくる放射線のほとんどすべてが吸収され、その一部が再び穴から出る可能性は非常に低くなります。
ウィーンの変位法則
定義
ウィーンの変位の法則は、さまざまな温度に対して、温度に反比例する異なる波長で黒体放射曲線がピークになることを示唆しています。
マックス プランクは量子力学を使用して黒体放射を説明し、レイリー ジーンズとウェインはプランクの法則の具体的な例を提供しました。ワインの法則は短波長用に作成され、レイリー・ジーンズの法則は長波長用に記述されました。しかし、ワインの法則は、マックス プランクの説明よりずっと前から存在していました。
Wein は、短波長のエネルギーに対する黒体波長の分布を説明しましたが、長波長の適切な推定値は提供しませんでした。その後、プランクの法則がこれを修正し、より長い波長でも受け入れられる普遍性をもたらしました。その結果、ウェインの変位法則はプランクの法則のサブセットと見なされます。
黒体とは?
黒体は、その絶対温度に対して最大の熱を放出する物体です。黒体は、理想化され、特定の特性を持つ物理的な体です。熱平衡状態にある黒体の放射率は、定義により =1.0 です。実世界のオブジェクトは、完全な黒体ほど多くの熱を放出しません。
灰色体は黒体よりも熱の放出が少ないため、黒体と呼ばれます。室温では、黒体の表面は 1 平方メートルあたり約 448 ワットの熱放射を放出します。放射率が 1.0 未満の実世界のもの (銅線など) は、より遅いペースで放射を放出します。黒体は、周波数や入射角に関係なく、すべての入射電磁放射を吸収します。その結果、その吸収性は達成可能な最高値である 1 に等しくなります。つまり、黒体は優れた吸収体です。
ウィーンの変位の法則 式
λmax =b/T
どこで、
λmax – 最大波長、T – 絶対温度、b – ウェイン定数および値 =2.88 x 10-3 m-K または 0.288 cm-K
上記の式は、ウィーンの法則の公式またはウィーンの変位の法則の公式と呼ばれます。絶対温度が上昇すると、最大発光に対応する最大波長が減少します。ウィーン定数（b）は、黒体の熱力学的絶対温度と最大波長の関係を決める物理定数です。これは記号 b で表されます。これは黒体の温度と波長の結果であり、温度とともに波長が長くなるにつれて短くなります。
ウィーンの変位定数 (b)
ウィーン定数は、黒色物質の熱力学的温度と波長の関係を確立する物理定数です。これは、温度と黒体の波長の組み合わせであり、温度が上昇して波長が最大に近づくにつれて短くなります。
ウィーンの変位法の適用
- 1500K の薪の火は 2000 nm でピーク放射を生成しますが、これは簡単に計算できます。その結果、薪の火から放出される放射線の大部分は肉眼では見えません。その結果、たき火は素晴らしい暖かさの源ですが、光の源としては貧弱です.
- 太陽の表面の温度は 5700 K です。500 nm の波長でのピーク放射出力を計算できます。ウィーン変位則を使用します。この色は、可視光スペクトルの緑色部分を指します。私たちの目は、この波長の可視光に対して非常に脆弱であることが判明しました。太陽のエネルギーの不均衡に大きな部分が、比較的限られた可視スペクトル内に収まっていることは喜ばしいことです。
- 金属片を加熱すると、最初は真っ赤になります。これは最も長い可視波長です。さらに加熱すると、色が赤からオレンジ、そして黄色に変わります。金属が最も熱くなると、白い光を放ちます。放射線は短波長が支配的です。
結論
ウィーンの法則は、黒体 (すべての周波数の光を放出および吸収する理想的な物質) の温度と、最も多くの光を放出する波長との関係です。小さな穴に入る放射は分散され、オーブンの内壁で頻繁に反射されるため、入射する放射のほとんどすべてが吸収され、その一部が再び穴から出る可能性は非常に低くなります。黒体は、その絶対温度に対して最大の熱を放出する物体です。その結果、薪の火から放出される放射線の大部分は肉眼では見えません。また、波長 500 nm でのピーク放射出力を計算できます。ウィーン変位法則を使用して。
