Planckův vyzařovací zákon

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Závislost intenzity záření I absolutně černého tělesa o frekvenci ω na frekvenci ω.

Planckův vyzařovací zákon vyjadřuje závislost intenzity záření I absolutně černého tělesa na frekvenci ω.

$dI = \frac{\hbar}{\pi^2 c^2} \ \frac{\omega^3}{e^{\frac{h\nu}{kT}}-1}\ d\omega,$

kde

I

je intenzita záření,

T

je teplota absolutně černého tělesa,

$\hbar$ je redukovaná Planckova konstanta,

c

je rychlost světla ve vakuu a

k

Boltzmannova konstanta.

Intenzitu záření I o frekvenci ω je třeba chápat tak, že spektrum je rozděleno na nekonečně malé a stejně velké intervaly frekvencí a intenzita záření I o frekvenci ω pak znamená intenzitu záření o frekvencích z intervalu, který obsahuje frekvenci ω.

Tuto formuli odhadl v srpnu roku 1900 Max Planck a o rok později přišel i na způsob, jakým se dá odvodit, za což byl později oceněn Nobelovou cenou.

Záření absolutně černého tělesa bylo dlouho velkou fyzikální záhadou. Z pohledu klasické fyziky totiž hrozila tzv. modrá katastrofa, která předpovídala, že každé těleso musí zářit i na velmi krátkých vlnových délkách, což se nepozorovalo. Naopak z měření vyplývalo, že ačkoli intenzita záření v závislosti na jeho frekvenci pro nízké frekvence roste s druhou mocninou (v tomto případě $e^{\left(x\right)} - 1 \approx x$ ), tak pro vyšší frekvence intenzita exponenciálně klesá. Max Planck zjistil, že když je světelná energie vyzařována jen v určitých balíčcích - kvantech, a nikoliv spojitě, může pozorovanou závislost odvodit. On sám ale považoval kvanta za pouhý matematický obrat, který ho přivedl k výsledku v souladu s experimentem. Správný význam dal kvantům až roku 1905 Albert Einstein, který Planckovu myšlenku rozvinul a prohlásil, že světlo samotné jsou kvanta a přispěl tak k pochopení duální podstaty hmoty, která zdánlivě v rozporu vykazuje současně vlnové i kvantové vlastnosti.

Planckův vyzařovací zákon je speciálním případem Boseho-Einsteinova rozdělení pro fotony.

Poloha maxima závislosti, kterou popisuje Planckův zákon, je dána Wienovým posunovacím zákonem. Celkovou vyzářenou energii za jednotku času z jednotkové plochy absolutně černého tělesa vyjadřuje Stefanův-Boltzmannův zákon.