33. ऊष्मीय विकिरण। विभिन्न तापमानों पर एक कृष्णिका का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा। थर्मल रेडिएशन के नियम (किरचॉफ, वीन और बोल्ट्जमैन)। प्लैंक सूत्र।

निकायों का थर्मल विकिरण

किसी पदार्थ द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन अंतर-परमाणु और अंतर-आणविक प्रक्रियाओं के कारण होता है। ऊर्जा स्रोत और, इसलिए, चमक का प्रकार भिन्न हो सकता है: एक टीवी स्क्रीन, एक फ्लोरोसेंट लैंप, एक गरमागरम दीपक, एक सड़ता हुआ पेड़, एक जुगनू, आदि सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरणों में से, मानव आँख को दिखाई या दिखाई नहीं देता है, एक को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जो सभी निकायों में निहित है। यह गर्म पिंडों या थर्मल विकिरण का विकिरण है। यह 0 K से ऊपर किसी भी तापमान पर होता है, इसलिए यह सभी पिंडों द्वारा उत्सर्जित होता है। शरीर के तापमान के आधार पर, विकिरण की तीव्रता और वर्णक्रमीय संरचना बदलती है, इसलिए, थर्मल विकिरण को हमेशा चमक के रूप में आंखों से नहीं माना जाता है।

ऊष्मा विकिरण के लक्षण। काला शरीर

प्रकाश दोलनों की अवधि की तुलना में एक समय में औसत विकिरण शक्ति को विकिरण प्रवाह F के रूप में लिया जाता है। SI प्रणाली में, इसे वाट (W) में व्यक्त किया जाता है।

सतह के 1 मीटर 2 द्वारा उत्सर्जित विकिरण प्रवाह को ऊर्जा चमक कहा जाता है। इसे वाट प्रति वर्ग मीटर (W/m2) में व्यक्त किया जाता है।

एक गर्म शरीर विभिन्न तरंग दैर्ध्य की विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करता है। आइए גּ से גּ + dגּ तक तरंग दैर्ध्य का एक छोटा अंतराल आवंटित करें। इस अंतराल से संबंधित ऊर्जा चमक अंतराल की चौड़ाई के समानुपाती होती है:

जहाँ r ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व है

शरीर, स्पेक्ट्रम के एक संकीर्ण खंड की ऊर्जा चमक के अनुपात के बराबर, इस खंड की चौड़ाई, W / m 3।

तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता को शरीर का विकिरण स्पेक्ट्रम कहा जाता है।

एकीकृत करने के बाद, हम शरीर की ऊर्जा चमक के लिए अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

विकिरण ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए एक शरीर की क्षमता एक अवशोषण गुणांक की विशेषता होती है, जो किसी दिए गए शरीर द्वारा अवशोषित विकिरण प्रवाह के अनुपात के बराबर होता है, जो उस पर पड़ने वाले विकिरण प्रवाह के अनुपात के बराबर होता है: a \u003d F अवशोषित / F गिरना

चूंकि अवशोषण गुणांक तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, तब (27.3) मोनोक्रोमैटिक विकिरण प्रवाह के लिए लिखा जाता है, और फिर यह अनुपात मोनोक्रोमैटिक रूप से अवशोषण गुणांक निर्धारित करता है: एक גּ = Ф अवशोषित(גּ) / Фpad(גּ) ।

यह निम्नानुसार है कि अवशोषण गुणांक 0 से 1 तक मान ले सकते हैं। ब्लैक बॉडी विकिरण को विशेष रूप से अच्छी तरह से अवशोषित करते हैं: काला कागज, कपड़े, मखमल, कालिख, प्लैटिनम काला, आदि; एक सफेद सतह और दर्पण के साथ शरीर को खराब अवशोषित करना।

एक पिंड जिसका अवशोषण गुणांक सभी आवृत्तियों के लिए एकता के बराबर होता है, काला कहलाता है। यह अपने ऊपर पड़ने वाले सभी रेडिएशन को सोख लेता है। प्रकृति में कोई ब्लैक बॉडी नहीं हैं, यह अवधारणा एक भौतिक अमूर्तता है। कृष्णिका का मॉडल एक बंद अपारदर्शी गुहा में एक छोटा सा छिद्र होता है। इस छेद में गिरने वाली बीम, दीवारों से कई बार परिलक्षित होती है, लगभग पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगी। भविष्य में, यह वह मॉडल है जिसे हम एक काले शरीर के रूप में लेंगे। एक पिंड जिसका अवशोषण गुणांक एक से कम है और उस पर पड़ने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है, ग्रे कहलाता है।

प्रकृति में कोई धूसर पिंड नहीं होते हैं, हालांकि, कुछ पिंड तरंग दैर्ध्य की एक निश्चित सीमा में धूसर के रूप में उत्सर्जित और अवशोषित होते हैं। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, मानव शरीर को कभी-कभी ग्रे माना जाता है, जिसमें स्पेक्ट्रम के इन्फ्रारेड क्षेत्र के लिए लगभग 0.9 का अवशोषण गुणांक होता है।

किरचॉफ का नियम

ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व और पिंडों के मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक के बीच एक निश्चित संबंध है, जिसे निम्नलिखित उदाहरण द्वारा समझाया जा सकता है।

एक बंद रूद्धोष्म खोल में, थर्मोडायनामिक संतुलन में दो अलग-अलग निकाय होते हैं, जबकि उनका तापमान समान होता है। चूँकि निकायों की स्थिति नहीं बदलती है, उनमें से प्रत्येक एक ही ऊर्जा को विकीर्ण और अवशोषित करता है। प्रत्येक पिंड के विकिरण स्पेक्ट्रम को उसके द्वारा अवशोषित विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम के साथ मेल खाना चाहिए, अन्यथा थर्मोडायनामिक संतुलन का उल्लंघन होगा। इसका मतलब यह है कि यदि कोई एक पिंड किसी तरंग का उत्सर्जन करता है, उदाहरण के लिए, लाल वाले, दूसरे की तुलना में अधिक, तो उसे उनमें से अधिक को अवशोषित करना चाहिए।

विकिरण और अवशोषण के बीच मात्रात्मक संबंध 1859 में जी। किरचॉफ द्वारा स्थापित किया गया था: एक ही तापमान पर, मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक के लिए ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व का अनुपात किसी भी शरीर के लिए समान होता है, जिसमें ब्लैक बॉडीज (किरचॉफ का नियम) शामिल है।

किरचॉफ कानून का उपयोग करना और प्रयोग से काले शरीर के स्पेक्ट्रम और तरंग दैर्ध्य पर शरीर के मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक की निर्भरता को जानने के बाद, शरीर के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम r גּ = f(גּ) का पता लगा सकते हैं।

ब्लैक बॉडी रेडिएशन के नियम

ब्लैक बॉडी रेडिएशन का एक सतत स्पेक्ट्रम है। विभिन्न तापमानों के लिए उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के रेखांकन को अंजीर में दिखाया गया है। ऊर्जा चमक का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व है, जो बढ़ते तापमान के साथ छोटी तरंगों की ओर बढ़ता है।

शास्त्रीय भौतिकी में, किसी पिंड द्वारा विकिरण के उत्सर्जन और अवशोषण को एक सतत प्रक्रिया माना जाता था। प्लैंक पांचवें निष्कर्ष पर पहुंचे कि यह ठीक यही बुनियादी प्रावधान हैं जो सही निर्भरता प्राप्त करने की अनुमति नहीं देते हैं। उन्होंने एक परिकल्पना को सामने रखा, जिससे यह अनुसरण किया गया कि काला शरीर विकिरण करता है और ऊर्जा को लगातार नहीं, बल्कि कुछ असतत भागों - क्वांटा में अवशोषित करता है।

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून: एक काले शरीर की ऊर्जा चमक उसके थर्मोडायनामिक तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है। मान a को स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक कहा जाता है। स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून को विभिन्न निकायों (भट्ठी, इलेक्ट्रिक स्टोव, मेटल ब्लैंक, आदि) पर गुणात्मक रूप से चित्रित किया जा सकता है: जैसे ही वे गर्म होते हैं, अधिक से अधिक तीव्र विकिरण महसूस होता है।

यहाँ से हम पाते हैं वीन का विस्थापन नियम: גּ m ах =b/Т, जहां גּ m ах - वेवलेंथ, जो काले शरीर की ऊर्जा चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के लिए जिम्मेदार है; b = = 0, 28978 * 10 -2 m-K - वीन स्थिरांक। यह कानून ग्रे बॉडी के लिए भी मान्य है।

वीन के नियम की अभिव्यक्ति दैनिक प्रेक्षणों से ज्ञात होती है। कमरे के तापमान पर, निकायों का थर्मल विकिरण मुख्य रूप से इन्फ्रारेड क्षेत्र में होता है और मानव आंखों द्वारा नहीं देखा जाता है। यदि तापमान बढ़ता है, तो शरीर गहरे लाल रंग की रोशनी से चमकने लगता है, और बहुत अधिक तापमान पर - नीले रंग के साथ सफेद, शरीर के गर्म होने की भावना बढ़ जाती है।

स्टीफन-बोल्ट्जमैन और वीन कानून, निकायों के विकिरण को मापकर, उनके तापमान (ऑप्टिकल पाइरोमेट्री) को निर्धारित करने की अनुमति देते हैं।

एक बिल्कुल काला शरीर जो किसी भी आवृत्ति के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को पूरी तरह से अवशोषित करता है, गर्म होने पर, पूरे आवृत्ति स्पेक्ट्रम पर समान रूप से वितरित तरंगों के रूप में ऊर्जा विकीर्ण करता है।

19वीं शताब्दी के अंत तक, वैज्ञानिक, पदार्थ के परमाणुओं के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण (विशेष रूप से, प्रकाश) की बातचीत का अध्ययन कर रहे थे, गंभीर समस्याओं का सामना करना पड़ा जो केवल क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर हल किया जा सकता था, जो कि कई मामलों में था इस तथ्य के कारण पैदा हुआ कि ये समस्याएं उत्पन्न हुईं। इन समस्याओं में से पहली और शायद सबसे गंभीर समस्याओं को समझने के लिए, एक बड़े ब्लैक बॉक्स की कल्पना करें, जिसमें एक दर्पण वाला इंटीरियर हो, जिसकी दीवारों में से एक में एक छोटा सा छेद हो। प्रकाश की एक किरण जो एक सूक्ष्म छिद्र के माध्यम से बॉक्स में प्रवेश करती है, हमेशा के लिए अंदर रहती है, दीवारों से अंतहीन परावर्तित होती है। एक वस्तु जो प्रकाश को परावर्तित नहीं करती, बल्कि उसे पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है, वह काली दिखाई देती है, इसलिए इसे आमतौर पर काला पिंड कहा जाता है। (एक संपूर्ण ब्लैकबॉडी है - कई अन्य वैचारिक भौतिक घटनाओं की तरह - एक विशुद्ध रूप से काल्पनिक वस्तु, हालांकि, उदाहरण के लिए, एक खोखला, समान रूप से गर्म, अंदर से प्रतिबिंबित क्षेत्र, जिसमें प्रकाश एक छोटे से छेद के माध्यम से प्रवेश करता है, एक अच्छा सन्निकटन है। )

बिल्कुल ब्लैक बॉडीज प्रकृति में मौजूद नहीं हैं, इसलिए भौतिकी में प्रयोगों के लिए एक मॉडल का उपयोग किया जाता है। यह एक छोटे से छेद के साथ एक अपारदर्शी बंद गुहा है, जिसकी दीवारों का तापमान समान होता है। इस छेद से प्रवेश करने वाला प्रकाश बार-बार परावर्तन के बाद पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगा, और छेद बाहर से पूरी तरह से काला दिखाई देगा। लेकिन जब इस गुहा को गर्म किया जाता है, तो इसका अपना दृश्य विकिरण होगा। चूंकि गुहा की आंतरिक दीवारों द्वारा उत्सर्जित विकिरण, बाहर निकलने से पहले (आखिरकार, छेद बहुत छोटा है), अधिकांश मामलों में यह बड़ी संख्या में नए अवशोषण और विकिरण से गुजरेगा, यह विश्वास के साथ कहा जा सकता है कि गुहा के अंदर का विकिरण दीवारों के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में है। (वास्तव में, छेद इस मॉडल के लिए बिल्कुल भी महत्वपूर्ण नहीं है, यह केवल अंदर विकिरण की मौलिक अवलोकन पर जोर देने के लिए आवश्यक है; छेद, उदाहरण के लिए, पूरी तरह से बंद हो सकता है, और जल्दी से खोला जा सकता है, जब संतुलन पहले से ही हो स्थापित किया गया है और माप किया जा रहा है)।

हालाँकि, आपने शायद वास्तव में एक काले शरीर के काफी करीबी एनालॉग्स देखे हैं। चूल्हा में, उदाहरण के लिए, ऐसा होता है कि कई लॉग लगभग बारीकी से मुड़े हुए होते हैं, और उनके अंदर एक बड़ी गुहा जल जाती है। बाहर, लॉग अंधेरे रहते हैं और चमकते नहीं हैं, जबकि गर्मी (अवरक्त विकिरण) और प्रकाश जली हुई गुहा के अंदर जमा होते हैं, और बाहर निकलने से पहले, ये किरणें गुहा की दीवारों से बार-बार परावर्तित होती हैं। यदि आप इस तरह के लॉग के बीच की खाई को देखते हैं, तो आप एक चमकीले पीले-नारंगी उच्च तापमान की चमक देखेंगे और वहां से, आप सचमुच गर्मी से चमक उठेंगे। यह सिर्फ इतना है कि थोड़ी देर के लिए किरणें लॉग के बीच फंस गईं, जैसे ऊपर वर्णित ब्लैक बॉक्स द्वारा प्रकाश पूरी तरह से कब्जा कर लिया गया और अवशोषित हो गया।

ऐसे ब्लैक बॉक्स का मॉडल हमें यह समझने में मदद करता है कि ब्लैक बॉडी द्वारा अवशोषित प्रकाश अपने पदार्थ के परमाणुओं के साथ बातचीत करते समय कैसे व्यवहार करता है। यहाँ यह समझना महत्वपूर्ण है कि प्रकाश एक परमाणु द्वारा अवशोषित होता है, इसके द्वारा तुरंत उत्सर्जित होता है और दूसरे परमाणु द्वारा अवशोषित होता है, फिर से उत्सर्जित और अवशोषित होता है, और यह तब तक होगा जब तक कि संतुलन संतृप्ति की स्थिति तक नहीं पहुँच जाता। जब एक कृष्णिका को एक संतुलन अवस्था में गर्म किया जाता है, तो कृष्णिका के अंदर किरणों के उत्सर्जन और अवशोषण की तीव्रता बराबर होती है: जब एक निश्चित आवृत्ति के प्रकाश की एक निश्चित मात्रा एक परमाणु द्वारा अवशोषित की जाती है, तो अंदर कहीं एक और परमाणु समान मात्रा में उत्सर्जित करता है। समान आवृत्ति के प्रकाश का। इस प्रकार, कृष्णिका के अंदर प्रत्येक आवृत्ति के अवशोषित प्रकाश की मात्रा समान रहती है, हालांकि यह शरीर के विभिन्न परमाणुओं द्वारा अवशोषित और उत्सर्जित होता है।

इस बिंदु तक, कृष्णिका का व्यवहार काफी हद तक स्पष्ट रहता है। शास्त्रीय भौतिकी के ढांचे के भीतर समस्याएं ("शास्त्रीय" से हमारा मतलब क्वांटम यांत्रिकी के आगमन से पहले भौतिकी से है) एक संतुलन अवस्था में एक काले शरीर के अंदर संग्रहीत विकिरण ऊर्जा की गणना करने के प्रयासों से शुरू हुई। और जल्द ही दो बातें स्पष्ट हो गईं:

1. किरणों की तरंग आवृत्ति जितनी अधिक होती है, उतनी ही अधिक वे काले शरीर के अंदर जमा होती हैं (अर्थात, विकिरण तरंग स्पेक्ट्रम के अध्ययन किए गए भाग की तरंग दैर्ध्य जितनी कम होती है, काले शरीर के अंदर स्पेक्ट्रम के इस हिस्से की उतनी ही अधिक किरणें शास्त्रीय होती हैं। सिद्धांत भविष्यवाणी करता है);
2. तरंग की आवृत्ति जितनी अधिक होती है, उतनी ही अधिक ऊर्जा वहन करती है और तदनुसार, उतना ही अधिक यह कृष्णिका के अंदर जमा होता है।

एक साथ लिया गया, इन दो निष्कर्षों ने एक अकल्पनीय परिणाम दिया: काले शरीर के अंदर विकिरण ऊर्जा अनंत होनी चाहिए! शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के इस दुष्ट उपहास को पराबैंगनी आपदा करार दिया गया है, क्योंकि उच्च-आवृत्ति विकिरण स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी भाग में निहित है।

आदेश को जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक (प्लैंक की स्थिरांक देखें) द्वारा बहाल किया गया था - उन्होंने दिखाया कि समस्या दूर हो जाती है यदि हम मानते हैं कि परमाणु केवल भागों में और केवल कुछ आवृत्तियों पर ही प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित कर सकते हैं। (बाद में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने फोटॉनों की अवधारणा को प्रस्तुत करके इस विचार को सामान्यीकृत किया - प्रकाश विकिरण के कड़ाई से परिभाषित हिस्से।) इस योजना के अनुसार, शास्त्रीय भौतिकी द्वारा अनुमानित विकिरण आवृत्तियों में से कई एक कृष्णिका के अंदर मौजूद नहीं हो सकते हैं, क्योंकि परमाणु या तो अवशोषित नहीं कर सकते हैं। या उन्हें उत्सर्जित करें; तदनुसार, एक कृष्णिका के अंदर संतुलन विकिरण की गणना करते समय इन आवृत्तियों को विचार से बाहर रखा गया है। केवल स्वीकार्य आवृत्तियों को छोड़कर, प्लैंक ने एक पराबैंगनी तबाही को रोका और उप-परमाणु स्तर पर दुनिया की संरचना की सच्ची समझ के मार्ग पर विज्ञान को निर्देशित किया। इसके अलावा, उन्होंने एक काले शरीर के संतुलन विकिरण की विशेषता आवृत्ति वितरण की गणना की।

इस वितरण को स्वयं प्लैंक द्वारा प्रकाशित किए जाने के कई दशकों बाद दुनिया भर में प्रसिद्धि मिली, जब ब्रह्माण्ड विज्ञानियों को पता चला कि ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि जो उन्होंने खोजी थी, वह अपनी वर्णक्रमीय विशेषताओं के संदर्भ में प्लैंक वितरण का पालन करती है और एक तापमान पर पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण से मेल खाती है। परम शून्य से लगभग तीन डिग्री ऊपर।

जेम्स ट्रेफिल का विश्वकोश "विज्ञान की प्रकृति। ब्रह्मांड के 200 नियम।
जेम्स ट्रेफिल लोकप्रिय विज्ञान पुस्तकों के सबसे प्रसिद्ध पश्चिमी लेखकों में से एक, जॉर्ज मेसन विश्वविद्यालय (यूएसए) में भौतिकी के प्रोफेसर हैं।

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उप-परमाण्विक दुनिया के तथ्यों में से एक यह है कि इसकी वस्तुएं - जैसे कि इलेक्ट्रॉन या फोटॉन - स्थूल जगत की सामान्य वस्तुओं की तरह बिल्कुल नहीं हैं। वे कणों की तरह व्यवहार नहीं करते हैं, और लहरों की तरह नहीं, बल्कि बहुत ही विशेष संरचनाओं की तरह व्यवहार करते हैं, जो परिस्थितियों के आधार पर तरंग और कणिका दोनों गुणों को प्रदर्शित करते हैं। यह घोषित करना एक बात है, और क्वांटम कणों के व्यवहार के तरंग और कोरपसकुलर पहलुओं को एक साथ जोड़ना, एक सटीक समीकरण के साथ उनका वर्णन करना। डी ब्रोगली अनुपात में ठीक यही किया गया था।

रोजमर्रा की जिंदगी में, अंतरिक्ष में ऊर्जा को स्थानांतरित करने के दो तरीके हैं - कणों या तरंगों के माध्यम से। रोजमर्रा की जिंदगी में, ऊर्जा हस्तांतरण के दो तंत्रों के बीच कोई स्पष्ट विरोधाभास नहीं है। तो, एक बास्केटबॉल एक कण है, और ध्वनि एक लहर है, और सब कुछ स्पष्ट है। हालाँकि, क्वांटम यांत्रिकी में, चीजें इतनी सरल नहीं हैं। क्वांटम वस्तुओं के साथ सबसे सरल प्रयोगों से भी, यह जल्द ही स्पष्ट हो जाता है कि मैक्रोवर्ल्ड के सिद्धांत और कानून जो हमारे लिए परिचित हैं, सूक्ष्म जगत में काम नहीं करते हैं। प्रकाश, जिसे हम एक तरंग के रूप में सोचते थे, कभी-कभी ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि इसमें कणों (फोटॉन) की एक धारा होती है, और प्राथमिक कण, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन या एक बड़े पैमाने पर प्रोटॉन, अक्सर एक तरंग के गुण प्रदर्शित करते हैं।

कई प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं, जिनमें रेडियो तरंगों से लेकर गामा किरणें शामिल हैं। सभी प्रकार की विद्युत चुम्बकीय किरणें निर्वात में प्रकाश की गति से फैलती हैं और एक दूसरे से केवल उनकी तरंग दैर्ध्य में भिन्न होती हैं।

मैक्स प्लैंक, क्वांटम यांत्रिकी के संस्थापकों में से एक, ऊर्जा परिमाणीकरण के विचार में आया, सैद्धांतिक रूप से हाल ही में खोजी गई विद्युत चुम्बकीय तरंगों और परमाणुओं के बीच बातचीत की प्रक्रिया की व्याख्या करने की कोशिश कर रहा है, और इस तरह, ब्लैकबॉडी विकिरण की समस्या को हल करता है। उन्होंने महसूस किया कि परमाणुओं के देखे गए विकिरण स्पेक्ट्रम की व्याख्या करने के लिए, यह मान लेना आवश्यक है कि परमाणु भागों में ऊर्जा का उत्सर्जन और अवशोषण करते हैं (जिसे वैज्ञानिक क्वांटा कहते हैं) और केवल व्यक्तिगत तरंग आवृत्तियों पर।

क्वांटम कणों की दोहरी कणिका-तरंग प्रकृति को एक अंतर समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है।

शब्द "क्वांटम" लैटिन क्वांटम ("कितना, कितना") और अंग्रेजी क्वांटम ("राशि, भाग, क्वांटम") से आता है। "यांत्रिकी" को लंबे समय से पदार्थ की गति का विज्ञान कहा जाता है। तदनुसार, शब्द "क्वांटम यांत्रिकी" का अर्थ है पदार्थ के भागों में गति का विज्ञान (या, आधुनिक वैज्ञानिक भाषा में, परिमाणित पदार्थ की गति का विज्ञान)। जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक द्वारा परमाणुओं के साथ प्रकाश की बातचीत का वर्णन करने के लिए "क्वांटम" शब्द पेश किया गया था।

सबसे अधिक, आइंस्टीन ने संभावनाओं और तरंग कार्यों के संदर्भ में सूक्ष्म जगत की घटना का वर्णन करने की आवश्यकता का विरोध किया, न कि निर्देशांक और कण वेगों की सामान्य स्थिति से। "पासा" से उनका यही मतलब था। उन्होंने माना कि उनकी गति और निर्देशांक के संदर्भ में इलेक्ट्रॉनों की गति का वर्णन अनिश्चितता सिद्धांत के विपरीत है। लेकिन, आइंस्टीन ने तर्क दिया, कुछ अन्य चर या पैरामीटर होने चाहिए, जिन्हें ध्यान में रखते हुए माइक्रोवर्ल्ड की क्वांटम यांत्रिक तस्वीर अखंडता और नियतत्ववाद के मार्ग पर वापस आ जाएगी। अर्थात्, उन्होंने जोर देकर कहा, यह केवल हमें लगता है कि भगवान हमारे साथ पासा खेल रहे हैं, क्योंकि हम सब कुछ नहीं समझते हैं। इस प्रकार, वह क्वांटम यांत्रिकी के समीकरणों में छिपी हुई चर परिकल्पना तैयार करने वाले पहले व्यक्ति थे। यह इस तथ्य में समाहित है कि, वास्तव में, इलेक्ट्रॉनों ने न्यूटन के बिलियर्ड गेंदों की तरह निर्देशांक और गति तय की है, और अनिश्चितता सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे में उनकी परिभाषा के लिए संभाव्य दृष्टिकोण सिद्धांत की अपूर्णता का ही परिणाम है, यही कारण है कि यह उन्हें निश्चित रूप से ज्ञात होने की अनुमति नहीं देता है।

प्रकाश हमारे ग्रह पर जीवन का आधार है। सवालों के जवाब "आसमान नीला क्यों है?" और "घास हरी क्यों है?" आप एक स्पष्ट उत्तर दे सकते हैं - "प्रकाश के लिए धन्यवाद।" यह हमारे जीवन का अभिन्न अंग है, लेकिन हम अभी भी प्रकाश की घटना को समझने की कोशिश कर रहे हैं...

तरंगें अंतरिक्ष में ऊर्जा को स्थानांतरित करने के दो तरीकों में से एक हैं (दूसरा तरीका कणों की मदद से कणिका है)। लहरें आमतौर पर किसी माध्यम में फैलती हैं (उदाहरण के लिए, झील की सतह पर लहरें पानी में फैलती हैं), लेकिन माध्यम की गति की दिशा तरंगों की गति की दिशा से मेल नहीं खाती है। लहरों पर उछलते हुए एक फ्लोट की कल्पना करो। उठना और गिरना, फ्लोट पानी की गति को दोहराता है, जबकि लहरें इसके पास से गुजरती हैं। हस्तक्षेप तब होता है जब एक ही आवृत्ति की दो या दो से अधिक तरंगें अलग-अलग दिशाओं में फैलती हैं।

विवर्तन की घटना की मूल बातें समझी जा सकती हैं यदि हम ह्यूजेंस के सिद्धांत की ओर मुड़ते हैं, जिसके अनुसार प्रकाश किरण के प्रसार के मार्ग में प्रत्येक बिंदु को माध्यमिक तरंगों का एक नया स्वतंत्र स्रोत माना जा सकता है, और आगे विवर्तन पैटर्न बदल जाता है इन द्वितीयक तरंगों के व्यतिकरण के कारण होता है। जब एक प्रकाश तरंग एक बाधा के साथ परस्पर क्रिया करती है, तो द्वितीयक ह्यूजेंस तरंगों का एक हिस्सा अवरुद्ध हो जाता है।

कृष्णिका विकिरण का वर्णक्रमीय घनत्व तरंग दैर्ध्य और तापमान का एक सार्वभौमिक कार्य है। इसका मतलब यह है कि एक काले शरीर की वर्णक्रमीय संरचना और विकिरण ऊर्जा शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है।

सूत्र (1.1) और (1.2) बताते हैं कि एक बिल्कुल काले शरीर के वर्णक्रमीय और अभिन्न विकिरण घनत्व को जानने के बाद, किसी भी गैर-काले शरीर के लिए उनकी गणना की जा सकती है यदि बाद के अवशोषण गुणांक ज्ञात हैं, जिसे प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए।

अनुसंधान ने कृष्णिका विकिरण के निम्नलिखित नियमों को जन्म दिया है।

1. स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून: एक कृष्णिका का अभिन्न विकिरण घनत्व उसके पूर्ण तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होता है

कीमत σ बुलाया स्टीफन स्थिरांक- बोल्ट्जमैन:

σ \u003d 5.6687 10 -8 जे एम - 2 एस - 1 के - 4।

समय के साथ उत्सर्जित ऊर्जा टीएक विकीर्ण सतह के साथ बिल्कुल काला शरीर एसस्थिर तापमान पर टी,

डब्ल्यू = σ टी 4 सेंट

अगर समय के साथ शरीर का तापमान बदलता है, यानी टी = टी(टी), वह

स्टीफन-बोल्ट्जमान कानून बढ़ते तापमान के साथ विकिरण शक्ति में अत्यधिक तेजी से वृद्धि दर्शाता है। उदाहरण के लिए, जब तापमान 800 से 2400 K (अर्थात 527 से 2127 ° C) तक बढ़ जाता है, तो एक पूरी तरह से काले शरीर का विकिरण 81 गुना बढ़ जाता है। यदि एक कृष्णिका तापमान वाले माध्यम से घिरी हुई है टी 0, तब आंख माध्यम द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा को ही अवशोषित कर लेगी।

इस मामले में, उत्सर्जित और अवशोषित विकिरण की शक्ति के बीच का अंतर लगभग सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है

यू=σ(टी 4 - टी 0 4)

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून वास्तविक निकायों पर लागू नहीं होता है, क्योंकि अवलोकन अधिक जटिल निर्भरता दिखाते हैं आरतापमान पर, और शरीर के आकार और उसकी सतह की स्थिति पर भी।

2. वीन का विस्थापन नियम। तरंग दैर्ध्य λ 0, जो ब्लैकबॉडी रेडिएशन के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के लिए खाता है, शरीर के पूर्ण तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है:

λ 0 = या λ 0 टी \u003d बी।

नियत बी,बुलाया वीन का नियम स्थिर,के बराबर है ख = 0.0028978 एम के ( λ मीटर में व्यक्त)।

इस प्रकार, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, न केवल कुल विकिरण में वृद्धि होती है, बल्कि इसके अलावा, स्पेक्ट्रम पर ऊर्जा वितरण भी बदल जाता है। उदाहरण के लिए, कम शरीर के तापमान पर, अवरक्त किरणों का मुख्य रूप से अध्ययन किया जाता है, और जैसे ही तापमान बढ़ता है, विकिरण लाल, नारंगी और अंत में सफेद हो जाता है। अंजीर पर। चित्र 2.1 विभिन्न तापमानों पर तरंग दैर्ध्य पर ब्लैकबॉडी विकिरण ऊर्जा के अनुभवजन्य वितरण वक्र को दर्शाता है: यह उनसे देखा जा सकता है कि विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व बढ़ते तापमान के साथ छोटी तरंगों की ओर बढ़ता है।

3. प्लांक का नियम। स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून और वीन विस्थापन कानून मुख्य समस्या को हल नहीं करते हैं कि तापमान पर एक काले शरीर के स्पेक्ट्रम में प्रत्येक तरंग दैर्ध्य प्रति विकिरण का वर्णक्रमीय घनत्व कितना बड़ा है। टी।ऐसा करने के लिए, आपको एक कार्यात्मक निर्भरता स्थापित करने की आवश्यकता है औरसे λ और टी।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्सर्जन की निरंतर प्रकृति की अवधारणा और स्वतंत्रता की डिग्री (शास्त्रीय भौतिकी में स्वीकृत) पर ऊर्जा के समान वितरण के कानून के आधार पर, वर्णक्रमीय घनत्व और एक काले शरीर के विकिरण के लिए दो सूत्र प्राप्त किए गए थे:

1) जीत का सूत्र

कहाँ एऔर बी- स्थिर मूल्य;

2) रेले-जीन्स फॉर्मूला

यू λ टी = 8πkT λ - 4 ,

कहाँ कबोल्ट्जमैन स्थिरांक है। प्रायोगिक सत्यापन से पता चला है कि किसी दिए गए तापमान के लिए, वीन का सूत्र लघु तरंगों के लिए सही है (जब टीबहुत छोटा और लंबी तरंगों के क्षेत्र में अनुभव का तीव्र अभिसरण देता है। रेले-जीन्स सूत्र लंबी तरंगों के लिए सही निकला और छोटी तरंगों के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त (चित्र 2.2)।

इस प्रकार, शास्त्रीय भौतिकी पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण के नियम की व्याख्या करने में असमर्थ रही।

समारोह के प्रकार का निर्धारण करने के लिए यू एल टीप्रकाश उत्सर्जन के तंत्र के बारे में पूरी तरह से नए विचारों की जरूरत थी। 1900 में, एम. प्लैंक ने इसकी परिकल्पना की थी परमाणुओं और अणुओं द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण ऊर्जा का अवशोषण और उत्सर्जन अलग-अलग "भागों" में ही संभव है,जिन्हें ऊर्जा क्वांटा कहा जाता है। ऊर्जा की मात्रा का मूल्य ε विकिरण आवृत्ति के आनुपातिक वि(तरंग दैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती λ ):

ε = एचवी = एचसी/λ

आनुपातिकता कारक एच = 6.625 10 -34 जे एस और कहा जाता है प्लैंक स्थिरांक।तरंग दैर्ध्य के लिए स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में λ = 0.5 माइक्रोन, ऊर्जा क्वांटम का मान है:

ε = एचसी/λ= 3.79 10 -19 जे एस = 2.4 ईवी

इस धारणा के आधार पर, प्लैंक ने एक सूत्र प्राप्त किया यू एल टी:

कहाँ कबोल्ट्जमैन स्थिरांक है, साथनिर्वात में प्रकाश की गति है। l फलन (2.1) के संगत वक्र को चित्र में भी दिखाया गया है। 2.2।

प्लैंक का नियम (2.11) स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून और वीन के विस्थापन कानून का उत्पादन करता है। दरअसल, अभिन्न विकिरण घनत्व के लिए हम प्राप्त करते हैं

इस सूत्र के अनुसार गणना एक परिणाम देती है जो स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मान स्थिरांक के अनुभवजन्य मूल्य के साथ मेल खाता है।

वीन के विस्थापन नियम और उसके स्थिरांक को प्लैंक के सूत्र से अधिकतम फ़ंक्शन का पता लगाकर प्राप्त किया जा सकता है यू एल टी, जिसके लिए व्युत्पन्न यू एल टीद्वारा λ , और शून्य के बराबर है। सूत्र में गणना परिणाम:

स्थिरांक की गणना बीइस सूत्र के अनुसार वीन के स्थिरांक के अनुभवजन्य मूल्य के साथ मेल खाने वाला परिणाम भी देता है।

आइए हम ऊष्मीय विकिरण के नियमों के सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों पर विचार करें।

एक। थर्मल प्रकाश स्रोत।अधिकांश कृत्रिम प्रकाश स्रोत थर्मल उत्सर्जक (विद्युत तापदीप्त लैंप, पारंपरिक आर्क लैंप, आदि) हैं। हालाँकि, ये प्रकाश स्रोत पर्याप्त किफायती नहीं हैं।

§ 1 में कहा गया था कि आंख केवल स्पेक्ट्रम के एक बहुत ही संकीर्ण हिस्से (380 से 770 एनएम तक) के प्रति संवेदनशील है; अन्य सभी तरंगों में कोई दृश्य संवेदन नहीं होता है। आंख की अधिकतम संवेदनशीलता तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है λ = 0.555 µm. आंख की इस संपत्ति के आधार पर, प्रकाश स्रोतों से स्पेक्ट्रम में ऊर्जा के ऐसे वितरण की मांग की जानी चाहिए, जिसमें विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व तरंग दैर्ध्य पर गिरेगा λ = 0.555 µm या तो। यदि हम बिल्कुल कृष्णिका को ऐसे स्रोत के रूप में लेते हैं, तो वीन के विस्थापन नियम के अनुसार, हम इसके पूर्ण तापमान की गणना कर सकते हैं:

इस प्रकार, सबसे लाभप्रद थर्मल प्रकाश स्रोत का तापमान 5200 K होना चाहिए, जो सौर सतह के तापमान से मेल खाता है। यह संयोग सौर विकिरण के स्पेक्ट्रम में ऊर्जा के वितरण के लिए मानव दृष्टि के जैविक अनुकूलन का परिणाम है। लेकिन यह प्रकाश स्रोत भी क्षमता(सभी विकिरण की कुल ऊर्जा के लिए दृश्य विकिरण की ऊर्जा का अनुपात) छोटा होगा। रेखांकन में। 2.3 यह गुणांक क्षेत्रों के अनुपात द्वारा व्यक्त किया गया है एस 1और एस; वर्ग एस 1स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र की विकिरण ऊर्जा को व्यक्त करता है, एस- सभी विकिरण ऊर्जा।

गणना से पता चलता है कि लगभग 5000-6000 K के तापमान पर, प्रकाश दक्षता केवल 14-15% (पूरी तरह से काले शरीर के लिए) है। मौजूदा कृत्रिम प्रकाश स्रोतों (3000 K) के तापमान पर, यह दक्षता लगभग 1-3% है। एक थर्मल उत्सर्जक के इतने कम "प्रकाश उत्पादन" को इस तथ्य से समझाया जाता है कि परमाणुओं और अणुओं के अराजक आंदोलन के दौरान, न केवल प्रकाश (दृश्यमान), बल्कि अन्य विद्युत चुम्बकीय तरंगें भी उत्तेजित होती हैं, जिनका प्रकाश पर प्रभाव नहीं पड़ता है। आँख। इसलिए, केवल उन तरंगों को विकीर्ण करने के लिए शरीर को चुनिंदा रूप से बाध्य करना असंभव है, जिनके लिए आंख संवेदनशील है: अदृश्य तरंगें आवश्यक रूप से विकीर्ण होती हैं।

टंगस्टन फिलामेंट के साथ सबसे महत्वपूर्ण आधुनिक तापमान प्रकाश स्रोत विद्युत गरमागरम लैंप हैं। टंगस्टन का गलनांक 3655 K है। हालाँकि, फिलामेंट को 2500 K से ऊपर के तापमान पर गर्म करना खतरनाक है, क्योंकि इस तापमान पर टंगस्टन का बहुत जल्दी छिड़काव किया जाता है, और फिलामेंट नष्ट हो जाता है। फिलामेंट स्पटरिंग को कम करने के लिए, लगभग 0.5 एटीएम के दबाव में अक्रिय गैसों (आर्गन, क्सीनन, नाइट्रोजन) से लैंप भरने का प्रस्ताव किया गया था। इसने फिलामेंट के तापमान को 3000-3200 K तक बढ़ाना संभव बना दिया। इन तापमानों पर, विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व इन्फ्रारेड तरंगों (लगभग 1.1 माइक्रोन) के क्षेत्र में होता है, इसलिए सभी आधुनिक तापदीप्त लैंपों की दक्षता थोड़ी होती है 1% से अधिक।

बी। ऑप्टिकल पाइरोमेट्री।एक काले शरीर के विकिरण के उपरोक्त नियम तरंग दैर्ध्य ज्ञात होने पर इस शरीर के तापमान को निर्धारित करना संभव बनाते हैं λ 0 अधिकतम के अनुरूप यू एल टी(वीन के नियम के अनुसार), या यदि अभिन्न विकिरण घनत्व का मान ज्ञात है (स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून के अनुसार)। केबिनों में इसके थर्मल विकिरण द्वारा शरीर के तापमान का निर्धारण करने के ये तरीके ऑप्टिकल पाइरोमेट्री;बहुत उच्च तापमान को मापते समय वे विशेष रूप से उपयोगी होते हैं। चूँकि उल्लिखित कानून केवल एक पूरी तरह से काले शरीर पर लागू होते हैं, उनके आधार पर ऑप्टिकल पाइरोमेट्री केवल उन निकायों के तापमान को मापते समय अच्छे परिणाम देती है जो उनके गुणों में पूरी तरह से काले शरीर के करीब होते हैं। व्यवहार में, ये फ़ैक्टरी भट्टियाँ, प्रयोगशाला मफल भट्टियाँ, बॉयलर भट्टियाँ आदि हैं। ऊष्मा उत्सर्जकों के तापमान को निर्धारित करने के तीन तरीकों पर विचार करें:

एक। वीन के विस्थापन नियम पर आधारित विधि।यदि हम तरंग दैर्ध्य को जानते हैं जिस पर विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व गिरता है, तो सूत्र (2.2) का उपयोग करके शरीर के तापमान की गणना की जा सकती है।

विशेष रूप से सूर्य, तारों आदि की सतह पर तापमान इसी प्रकार निर्धारित होता है।

गैर-काले पिंडों के लिए, यह विधि शरीर का सही तापमान नहीं देती है; यदि उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में अधिकतम एक है और हम गणना करते हैं टीसूत्र (2.2) के अनुसार, तब गणना हमें एक पूरी तरह से काले शरीर का तापमान देती है, जिसका परीक्षण के तहत शरीर के स्पेक्ट्रम में लगभग समान ऊर्जा वितरण होता है। इस मामले में, पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण की वर्णिकता अध्ययन के तहत विकिरण की वर्णिकता के समान होगी। इस शरीर के तापमान को कहा जाता है रंग तापमान।

गरमागरम दीपक के फिलामेंट का रंग तापमान 2700-3000 K है, जो अपने वास्तविक तापमान के बहुत करीब है।

बी। विकिरण तापमान माप विधिशरीर के अभिन्न विकिरण घनत्व की माप के आधार पर आरऔर स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून के अनुसार इसके तापमान की गणना। उपयुक्त उपकरणों को विकिरण पाइरोमीटर कहा जाता है।

स्वाभाविक रूप से, यदि विकिरण करने वाला पिंड बिल्कुल काला नहीं है, तो विकिरण पाइरोमीटर शरीर का सही तापमान नहीं देगा, लेकिन एक बिल्कुल काले शरीर का तापमान दिखाएगा, जिस पर बाद का अभिन्न विकिरण घनत्व अभिन्न विकिरण के बराबर है। परीक्षण निकाय का घनत्व। इस शरीर के तापमान को कहा जाता है विकिरण,या ऊर्जा,तापमान।

विकिरण पाइरोमीटर की कमियों के बीच, हम छोटी वस्तुओं के तापमान को निर्धारित करने के साथ-साथ वस्तु और पाइरोमीटर के बीच स्थित माध्यम के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए इसका उपयोग करने की असंभवता को इंगित करते हैं, जो विकिरण के हिस्से को अवशोषित करता है।

वी मैं तापमान निर्धारण के लिए चमक विधि।इसके संचालन का सिद्धांत तापदीप्त परीक्षण निकाय की छवि की चमक के साथ पाइरोमीटर लैंप के गरमागरम फिलामेंट की चमक की दृश्य तुलना पर आधारित है। डिवाइस एक स्पॉटिंग स्कोप है जिसके अंदर एक इलेक्ट्रिक लैंप लगा होता है, जो बैटरी द्वारा संचालित होता है। एक मोनोक्रोमैटिक फिल्टर के माध्यम से देखी गई समानता एक गर्म शरीर की छवि की पृष्ठभूमि के खिलाफ धागे की छवि के गायब होने से निर्धारित होती है। धागे की चमक को एक रिओस्टेट द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और तापमान को एमीटर के पैमाने से निर्धारित किया जाता है, सीधे तापमान पर स्नातक किया जाता है।

19वीं शताब्दी के अंत तक, वैज्ञानिक, पदार्थ के परमाणुओं के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण (विशेष रूप से, प्रकाश) की बातचीत का अध्ययन कर रहे थे, गंभीर समस्याओं का सामना करना पड़ा जो केवल क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर हल किया जा सकता था, जो कि कई मामलों में था इस तथ्य के कारण पैदा हुआ कि ये समस्याएं उत्पन्न हुईं। इन समस्याओं में से पहली और शायद सबसे गंभीर समस्याओं को समझने के लिए, एक बड़े ब्लैक बॉक्स की कल्पना करें, जिसमें एक दर्पण वाला इंटीरियर हो, जिसकी दीवारों में से एक में एक छोटा सा छेद हो। प्रकाश की एक किरण जो एक सूक्ष्म छिद्र के माध्यम से बॉक्स में प्रवेश करती है, हमेशा के लिए अंदर रहती है, दीवारों से अंतहीन परावर्तित होती है। एक वस्तु जो प्रकाश को परावर्तित नहीं करती है, बल्कि उसे पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है, वह काली दिखाई देती है, इसलिए इसे आमतौर पर कहा जाता है काला शरीर. (एक संपूर्ण ब्लैकबॉडी है - कई अन्य वैचारिक भौतिक घटनाओं की तरह - एक विशुद्ध रूप से काल्पनिक वस्तु, हालांकि, उदाहरण के लिए, एक खोखला, समान रूप से गर्म, अंदर से प्रतिबिंबित क्षेत्र, जिसमें प्रकाश एक छोटे से छेद के माध्यम से प्रवेश करता है, एक अच्छा सन्निकटन है। )

हालाँकि, आपने शायद वास्तव में एक काले शरीर के काफी करीबी एनालॉग्स देखे हैं। चूल्हा में, उदाहरण के लिए, ऐसा होता है कि कई लॉग लगभग बारीकी से मुड़े हुए होते हैं, और उनके अंदर एक बड़ी गुहा जल जाती है। बाहर, लॉग अंधेरे रहते हैं और चमकते नहीं हैं, जबकि गर्मी (अवरक्त विकिरण) और प्रकाश जली हुई गुहा के अंदर जमा होते हैं, और बाहर निकलने से पहले, ये किरणें गुहा की दीवारों से बार-बार परावर्तित होती हैं। यदि आप इस तरह के लॉग के बीच की खाई को देखते हैं, तो आप एक चमकीले पीले-नारंगी उच्च तापमान की चमक देखेंगे और वहां से, आप सचमुच गर्मी से चमक उठेंगे। यह सिर्फ इतना है कि थोड़ी देर के लिए किरणें लॉग के बीच फंस गईं, जैसे ऊपर वर्णित ब्लैक बॉक्स द्वारा प्रकाश पूरी तरह से कब्जा कर लिया गया और अवशोषित हो गया।

ऐसे ब्लैक बॉक्स का मॉडल हमें यह समझने में मदद करता है कि ब्लैक बॉडी द्वारा अवशोषित प्रकाश अपने पदार्थ के परमाणुओं के साथ बातचीत करते समय कैसे व्यवहार करता है। यहाँ यह समझना महत्वपूर्ण है कि प्रकाश एक परमाणु द्वारा अवशोषित होता है, इसके द्वारा तुरंत उत्सर्जित होता है और दूसरे परमाणु द्वारा अवशोषित होता है, फिर से उत्सर्जित और अवशोषित होता है, और यह तब तक होगा जब तक कि संतुलन संतृप्ति की स्थिति तक नहीं पहुँच जाता। जब एक कृष्णिका को एक संतुलन अवस्था में गर्म किया जाता है, तो कृष्णिका के अंदर किरणों के उत्सर्जन और अवशोषण की तीव्रता बराबर होती है: जब एक निश्चित आवृत्ति के प्रकाश की एक निश्चित मात्रा एक परमाणु द्वारा अवशोषित की जाती है, तो अंदर कहीं एक और परमाणु समान मात्रा में उत्सर्जित करता है। समान आवृत्ति के प्रकाश का। इस प्रकार, कृष्णिका के अंदर प्रत्येक आवृत्ति के अवशोषित प्रकाश की मात्रा समान रहती है, हालांकि यह शरीर के विभिन्न परमाणुओं द्वारा अवशोषित और उत्सर्जित होता है।

इस बिंदु तक, कृष्णिका का व्यवहार काफी हद तक स्पष्ट रहता है। शास्त्रीय भौतिकी के ढांचे के भीतर समस्याएं ("शास्त्रीय" से हमारा मतलब क्वांटम यांत्रिकी के आगमन से पहले भौतिकी से है) एक संतुलन अवस्था में एक काले शरीर के अंदर संग्रहीत विकिरण ऊर्जा की गणना करने के प्रयासों से शुरू हुई। और जल्द ही दो बातें स्पष्ट हो गईं:

• किरणों की तरंग आवृत्ति जितनी अधिक होती है, उतनी ही अधिक वे काले शरीर के अंदर जमा होती हैं (अर्थात, विकिरण तरंग स्पेक्ट्रम के अध्ययन किए गए भाग की तरंग दैर्ध्य जितनी कम होती है, काले शरीर के अंदर स्पेक्ट्रम के इस हिस्से की उतनी ही अधिक किरणें शास्त्रीय होती हैं। सिद्धांत भविष्यवाणी करता है);
• तरंग की आवृत्ति जितनी अधिक होती है, उतनी ही अधिक ऊर्जा वहन करती है और तदनुसार, उतना ही अधिक यह कृष्णिका के अंदर जमा होता है।

एक साथ लिया गया, इन दो निष्कर्षों ने एक अकल्पनीय परिणाम दिया: काले शरीर के अंदर विकिरण ऊर्जा अनंत होनी चाहिए! शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के इस दुष्ट उपहास का नामकरण किया गया पराबैंगनी आपदा, चूंकि उच्च-आवृत्ति विकिरण स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी भाग में निहित है।

आदेश को जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक द्वारा बहाल किया गया था ( सेमी।प्लैंक का स्थिरांक) - उन्होंने दिखाया कि समस्या दूर हो जाती है यदि हम यह मान लें कि परमाणु केवल भागों में और केवल कुछ आवृत्तियों पर ही प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित कर सकते हैं। (बाद में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने इस अवधारणा को पेश करके इस विचार को सामान्यीकृत किया फोटॉनों- प्रकाश विकिरण के कड़ाई से परिभाषित हिस्से।) इस योजना के अनुसार, शास्त्रीय भौतिकी द्वारा भविष्यवाणी की गई कई विकिरण आवृत्तियाँ केवल एक काले शरीर के अंदर मौजूद नहीं हो सकती हैं, क्योंकि परमाणु या तो उन्हें अवशोषित या उत्सर्जित करने में सक्षम नहीं होते हैं; तदनुसार, एक कृष्णिका के अंदर संतुलन विकिरण की गणना करते समय इन आवृत्तियों को विचार से बाहर रखा गया है। केवल स्वीकार्य आवृत्तियों को छोड़कर, प्लैंक ने एक पराबैंगनी तबाही को रोका और उप-परमाणु स्तर पर दुनिया की संरचना की सच्ची समझ के मार्ग पर विज्ञान को निर्देशित किया। इसके अलावा, उन्होंने एक काले शरीर के संतुलन विकिरण की विशेषता आवृत्ति वितरण की गणना की।

इस वितरण को स्वयं प्लैंक द्वारा प्रकाशित किए जाने के कई दशकों बाद दुनिया भर में ख्याति प्राप्त हुई, जब ब्रह्माण्ड विज्ञानियों ने पाया कि उन्होंने माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की खोज की ( सेमी।बिग बैंग) अपनी वर्णक्रमीय विशेषताओं के संदर्भ में प्लैंक वितरण का सटीक रूप से पालन करता है और पूर्ण शून्य से लगभग तीन डिग्री ऊपर के तापमान पर एक काले शरीर के विकिरण से मेल खाता है।

प्रकाश ध्रुवीकरण एक प्रकाश तरंग के विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर के दोलनों को सुव्यवस्थित करने की प्रक्रिया है जब प्रकाश कुछ पदार्थों (अपवर्तन के दौरान) से गुजरता है या जब प्रकाश प्रवाह परिलक्षित होता है। ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करने के कई तरीके हैं।

1) पोलेरॉइड्स का उपयोग करके ध्रुवीकरण। पोलेरॉइड सल्फ्यूरिक एसिड कुनैन क्रिस्टल की एक बहुत पतली परत के साथ लेपित सेल्युलाइड फिल्में हैं। पोलेरॉइड्स का उपयोग वर्तमान में प्रकाश के ध्रुवीकरण का सबसे आम तरीका है।

2) प्रतिबिंब के माध्यम से ध्रुवीकरण। यदि प्रकाश की एक प्राकृतिक किरण एक काली पॉलिश वाली सतह पर पड़ती है, तो परावर्तित किरण आंशिक रूप से ध्रुवीकृत होती है। एक पोलराइज़र और विश्लेषक के रूप में, दर्पण या काफी अच्छी तरह से पॉलिश किए गए साधारण खिड़की के शीशे, डामर वार्निश के साथ एक तरफ काला कर दिया जाता है, का उपयोग किया जा सकता है।

ध्रुवीकरण की डिग्री जितनी अधिक होती है, घटना के कोण को उतना ही सही ढंग से बनाए रखा जाता है। कांच के लिए आपतन कोण 57° होता है।

3) अपवर्तन के माध्यम से ध्रुवीकरण। एक प्रकाश किरण न केवल परावर्तन पर, बल्कि अपवर्तन पर भी ध्रुवीकृत होती है। इस मामले में, 10-15 पतली कांच की प्लेटों का ढेर एक साथ ढेर हो जाता है, जो उन पर पड़ने वाली प्रकाश किरणों के लिए 57 ° के कोण पर स्थित होता है, जिसका उपयोग पोलराइज़र और विश्लेषक के रूप में किया जाता है।

थोकऔर कानूनी अधिनियमऔर दृश्यता, एक माध्यम की क्षमता इसके माध्यम से गुजरने वाले ऑप्टिकल विकिरण (प्रकाश) के ध्रुवीकरण के विमान के रोटेशन का कारण बनती है।

ध्रुवीकरण तल के घूर्णन का कोण j मोटाई पर रैखिक रूप से निर्भर करता है एलसक्रिय पदार्थ परत (या इसका समाधान) और एकाग्रता साथयह पदार्थ - j = [a] नियंत्रण रेखा(गुणांक [ए] को विशिष्ट ओ। ए कहा जाता है); 2) इस माध्यम में घूर्णन दक्षिणावर्त (j > 0) या इसके विपरीत (j< 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. रसइ अनुसूचित जनजाति।इ टा,पदार्थ के साथ बातचीत के दौरान ऑप्टिकल विकिरण (प्रकाश) के प्रवाह की विशेषताओं में परिवर्तन। ये विशेषताएं तीव्रता, आवृत्ति स्पेक्ट्रम, प्रकाश ध्रुवीकरण का स्थानिक वितरण हो सकती हैं। अक्सर आर। एस। केवल माध्यम की स्थानिक विषमता के कारण प्रकाश प्रसार की दिशा में परिवर्तन, जिसे माध्यम की अनुचित चमक के रूप में माना जाता है, कहा जाता है।

बिखरने, उस दूरी का व्युत्क्रम जिस पर समानांतर प्रकाश किरण बनाने वाले विकिरण प्रवाह को परिणामस्वरूप क्षीण किया जाता है बिखरनेपर्यावरण में 10 गुना या ई बार।

संबंधितइ मैं ज़च हूँहे एन,तीव्रता कहते हैं मैंमाध्यम द्वारा प्रकीर्णित प्रकाश की मात्रा आपतित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य l की चौथी शक्ति के व्युत्क्रमानुपाती होती है ( मैं~ एल -4) मामले में जब माध्यम में ढांकता हुआ कण होते हैं, जिनमें से आयाम एल से बहुत छोटे होते हैं . मैं रैस ~1/ 4

44. अवशोषित करनाइ सेंट सेंट।इ टा,माध्यम के साथ इसकी बातचीत की प्रक्रियाओं के कारण भौतिक माध्यम से गुजरने वाले ऑप्टिकल विकिरण (प्रकाश) की तीव्रता में कमी। पी। के साथ प्रकाश ऊर्जा। रचना के माध्यम या ऑप्टिकल विकिरण की आंतरिक ऊर्जा के विभिन्न रूपों में जाता है; यह अवशोषित विकिरण की आवृत्ति से भिन्न आवृत्तियों पर माध्यम द्वारा पूरी तरह या आंशिक रूप से पुन: उत्सर्जित किया जा सकता है।

बाउगर का नियम भौतिक अर्थ यह है कि माध्यम में बीम फोटॉनों के नुकसान की प्रक्रिया प्रकाश किरण में उनके घनत्व पर निर्भर नहीं करती है, अर्थात। प्रकाश की तीव्रता पर और आधी लंबाई I पर।

मैं=मैं 0 ऍक्स्प(एल ); एल तरंग दैर्ध्य है,  λ अवशोषण सूचकांक है, मैं 0अवशोषित बीम की तीव्रता है।

कीड़ाइ रा - एलए बेर्ता - बीइ रजाकहे एन,प्रकाश के समानांतर मोनोक्रोमैटिक (एकल-रंग) बीम के क्रमिक क्षीणन को निर्धारित करता है क्योंकि यह एक अवशोषित पदार्थ में फैलता है। यदि बीम की शक्ति मोटाई के साथ पदार्थ की परत में प्रवेश करती है एल,के बराबर है मैंओ, फिर, बी.-एल.-बी के अनुसार। एच।, परत से बाहर निकलने पर बीम की शक्ति

मैं(एल)= मैंहे इ-सी क्लोरीन,

जहाँ c विशिष्ट प्रकाश अवशोषण सूचकांक है, जिसकी गणना प्रति इकाई सांद्रता में की जाती है साथपदार्थ जो अवशोषण को निर्धारित करता है;

अवशोषण दर (केएल), उस दूरी का व्युत्क्रम जिस पर मोनोक्रोमैटिक होता है विकिरण प्रवाहफ़्रीक्वेंसी n, एक समानांतर बीम बनाने में पदार्थ में अवशोषण के कारण क्षीण हो जाती है इबार या 10 बार। में मापा गया सेमी -1या एम -1।स्पेक्ट्रोस्कोपी और एप्लाइड ऑप्टिक्स की कुछ अन्य शाखाओं में, शब्द "पी। पी।" पारंपरिक रूप से अवशोषण गुणांक को निरूपित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

दाढ़ अवशोषण दर

संप्रेषण विकिरण के प्रवाह का अनुपात है जो माध्यम से होकर प्रवाहित हुआ है जो इसकी सतह पर गिर गया है। टी = एफ / एफ 0

ऑप्टिकल घनत्व - प्रकाश किरणों के लिए पदार्थ की एक परत की अपारदर्शिता का माप D = lg (-F 0 / F)

पर्यावरण की पारदर्शिताविकिरण प्रवाह के परिमाण का अनुपात है जो इकाई मोटाई के एक माध्यम की एक परत के माध्यम से दिशा बदलने के बिना घटना प्रवाह के परिमाण (यानी, बिखरने वाले प्रभाव और इंटरफेस पर प्रभाव के प्रभाव को ध्यान में रखे बिना) के परिमाण का अनुपात है।

45. ऊष्मीय विकिरण- विद्युत चुम्बकीय विकिरण उनकी तापीय ऊर्जा के कारण गर्म पिंडों द्वारा उत्सर्जित एक सतत स्पेक्ट्रम के साथ।

पूरा काला शरीर- ऊष्मप्रवैगिकी में प्रयुक्त भौतिक आदर्शीकरण, एक शरीर जो सभी श्रेणियों में गिरने वाले सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करता है और कुछ भी प्रतिबिंबित नहीं करता है। नाम के बावजूद, एक काला शरीर स्वयं किसी भी आवृत्ति के विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन कर सकता है और नेत्रहीन रूप से एक रंग हो सकता है। एक काले शरीर का विकिरण स्पेक्ट्रम केवल उसके तापमान से निर्धारित होता है।

धूसर शरीर- यह एक ऐसा पिंड है जिसका अवशोषण गुणांक आवृत्ति पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि केवल तापमान पर निर्भर करता है

ग्रे बॉडी के लिए

ग्रे बॉडी- शरीर, अवशोषण गुणांकटू-रोगो 1 से कम और विकिरण और एब्स की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है। अस्थायी। टी. कोफ। सभी वास्तविक निकायों का अवशोषण (जिसे कालापन गुणांक S. t. भी कहा जाता है) पर निर्भर करता है (चयनात्मक अवशोषण) और टी, इसलिए उन्हें केवल अंतराल में ग्रे माना जा सकता है और टी, जहां गुणांक लगभग। नियत। स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र में, कोयले (= 0.80 पर 400-900 K), कालिख (= 0.94-0.96 पर 370-470 K) में कार्बन ब्लैक के गुण होते हैं; प्लेटिनम और बिस्मथ ब्लैक एस टी के रूप में व्यापक रेंज में अवशोषित और उत्सर्जित करते हैं - दृश्य प्रकाश से 25-30 माइक्रोन (= 0.93-0.99)।

विकिरण के बुनियादी नियम:

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून- पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण का नियम। बिल्कुल काले शरीर की विकिरण शक्ति की उसके तापमान पर निर्भरता को निर्धारित करता है। कानून का शब्दांकन:

कालेपन की डिग्री कहाँ है (सभी पदार्थों के लिए, पूरी तरह से काले शरीर के लिए)। विकिरण के लिए प्लैंक के नियम का उपयोग करते हुए, स्थिर σ को इस रूप में परिभाषित किया जा सकता है

प्लैंक नियतांक कहाँ है, कबोल्ट्जमैन स्थिरांक है, सीप्रकाश की गति है।

संख्यात्मक मान J s −1 m −2 K −4 ।

किरचॉफ का विकिरण नियम 1859 में जर्मन भौतिक विज्ञानी किरचॉफ द्वारा स्थापित एक भौतिक कानून है।

कानून का वर्तमान शब्द निम्नानुसार पढ़ता है:

किसी भी पिंड की उत्सर्जन क्षमता का अनुपात उसकी अवशोषण क्षमता के लिए दिए गए तापमान पर सभी पिंडों के लिए समान आवृत्ति के लिए समान होता है और यह उनके आकार और रासायनिक प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है।

यह ज्ञात है कि जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक निश्चित शरीर पर पड़ता है, तो इसका कुछ भाग परावर्तित होता है, भाग अवशोषित होता है, और भाग को प्रेषित किया जा सकता है। दी गई आवृत्ति पर अवशोषित विकिरण के अंश को कहा जाता है अवशोषण क्षमताशरीर । दूसरी ओर, प्रत्येक गर्म पिंड एक निश्चित नियम के अनुसार ऊर्जा का विकिरण करता है, जिसे कहा जाता है शरीर का उत्सर्जन.

मान और एक पिंड से दूसरे पिंड में जाने पर बहुत भिन्न हो सकते हैं, हालांकि, किरचॉफ विकिरण कानून के अनुसार, उत्सर्जन और अवशोषित क्षमताओं का अनुपात शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है और आवृत्ति का एक सार्वभौमिक कार्य है ( तरंग दैर्ध्य) और तापमान:

तरंगदैर्घ्य जिस पर किसी कृष्णिका की विकिरण ऊर्जा अधिकतम होती है, किसके द्वारा निर्धारित की जाती है? वीन का विस्थापन नियम:

कहाँ टीकेल्विन में तापमान है, और λ अधिकतम मीटर में अधिकतम तीव्रता के साथ तरंग दैर्ध्य है।

थर्मल विकिरण के लक्षण

शरीर 424e43ie तक गरम किया जाता है, जैसे उच्च तापमान, चमक। ताप के कारण पिण्डों की दीप्ति कहलाती है थर्मल (तापमान) विकिरण. थर्मल विकिरण, प्रकृति में सबसे आम होने के नाते, पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं की थर्मल गति की ऊर्जा के कारण होता है (अर्थात, इसकी आंतरिक ऊर्जा के कारण) और 0 K से ऊपर के तापमान पर सभी निकायों की विशेषता है। थर्मल विकिरण की विशेषता है निरंतर स्पेक्ट्रम द्वारा, जिनमें से अधिकतम की स्थिति तापमान पर निर्भर करती है। उच्च तापमान पर, लघु (दृश्यमान और पराबैंगनी) विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं, जबकि कम तापमान पर, मुख्य रूप से लंबी (अवरक्त) तरंगें उत्सर्जित होती हैं।

थर्मल विकिरण व्यावहारिक रूप से एकमात्र प्रकार का विकिरण है जो हो सकता है संतुलन. आइए मान लें कि एक गर्म (विकीर्ण) पिंड एक आदर्श रूप से परावर्तक खोल से घिरे गुहा में रखा गया है। समय के साथ शरीर और विकिरण के बीच ऊर्जा के निरंतर आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप, संतुलन आ जाएगा, यानी शरीर प्रति इकाई समय में उतनी ही ऊर्जा अवशोषित कर लेगा जितनी वह विकिरण करता है। आइए मान लें कि शरीर और विकिरण के बीच संतुलन किसी कारण से बिगड़ जाता है और शरीर जितनी ऊर्जा अवशोषित करता है उससे अधिक ऊर्जा विकीर्ण करता है। यदि प्रति इकाई समय में शरीर अवशोषित (या इसके विपरीत) से अधिक विकिरण करता है, तो शरीर का तापमान घटने (या बढ़ने) शुरू हो जाएगा। नतीजतन, शरीर द्वारा विकीर्ण ऊर्जा की मात्रा कमजोर हो जाएगी (या उम्र 424e43ie ;t), जब तक, अंत में, संतुलन स्थापित नहीं हो जाता। अन्य सभी प्रकार के विकिरण गैर-संतुलन हैं।

थर्मल विकिरण की मात्रात्मक विशेषता है शरीर की ऊर्जा चमक (चमक) का वर्णक्रमीय घनत्व≈ यूनिट चौड़ाई की आवृत्ति रेंज में शरीर की सतह के प्रति यूनिट क्षेत्र में विकिरण शक्ति:

जहां घ ≈ फ्रीक्वेंसी रेंज में शरीर के प्रति यूनिट सतह क्षेत्र से प्रति यूनिट समय (विकिरण शक्ति) उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा एनपहले एन+ घ एन.

ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व की इकाई ( आरएन, टी) ≈जूल प्रति वर्ग मीटर(जे / एम 2)।

लिखित सूत्र को तरंग दैर्ध्य के कार्य के रूप में 424e43ie का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है:

क्योंकि सी = एलएन,वह

जहां ऋण चिह्न इंगित करता है कि 424e43ie की उम्र से; मात्राओं में से एक ( एनया एल)अन्य मूल्य घट रहा है। इसलिए, निम्न में से ऋण चिह्न को हटा दिया जाएगा। इस प्रकार,

सूत्र (197.1) का उपयोग करके, कोई जा सकता है आरएन, टी ═को आरएल, टीऔर इसके विपरीत।

ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व को जानने के बाद, हम गणना कर सकते हैं अभिन्न ऊर्जा चमक (अभिन्न चमक)(इसे केवल शरीर की ऊर्जा चमक कहा जाता है), सभी आवृत्तियों पर सम्‍मिलित:

शरीर पर आपतित विकिरण को अवशोषित करने की क्षमता की विशेषता है वर्णक्रमीय अवशोषण

दिखा रहा है कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा शरीर की सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में प्रति इकाई समय में ऊर्जा का कितना अंश लाया जाता है, जिस पर आवृत्तियों के साथ घटना होती है एनपहले एन+ घ एनशरीर द्वारा अवशोषित होता है। वर्णक्रमीय अवशोषण एक आयाम रहित मात्रा है। मात्रा आरएन, टी═और ए एन, टीशरीर की प्रकृति, उसके थर्मोडायनामिक तापमान पर निर्भर करता है, और साथ ही विभिन्न आवृत्तियों वाले विकिरणों के लिए भिन्न होता है। इसलिए, इन मूल्यों को वर्गीकृत किया गया है टीऔर एन(या बल्कि, पर्याप्त 424e43ie के लिए; बिल्कुल एक संकीर्ण आवृत्ति अंतराल से एनपहले एन+ घ एन).

किसी भी तापमान पर किसी भी आवृत्ति के विकिरण को पूरी तरह से अवशोषित करने में सक्षम शरीर को काला कहा जाता है। इसलिए, सभी आवृत्तियों और तापमानों के लिए एक काले शरीर का वर्णक्रमीय अवशोषण समान रूप से एकता के बराबर होता है ( ). प्रकृति में बिल्कुल काले पिंड नहीं होते हैं, हालांकि, एक निश्चित आवृत्ति रेंज में कालिख, प्लैटिनम ब्लैक, ब्लैक वेलवेट और कुछ अन्य जैसे शरीर उनके गुणों के करीब हैं।

एक काले शरीर का आदर्श मॉडल एक छोटे से छेद के साथ एक बंद गुहा है के बारे में,जिसकी भीतरी सतह काली हो गई है (चित्र 286)। ऐसी गुहा में प्रवेश करने वाली प्रकाश की किरण दीवारों से कई प्रतिबिंबों का अनुभव करती है, जिसके परिणामस्वरूप उत्सर्जित विकिरण की तीव्रता व्यावहारिक रूप से शून्य के बराबर हो जाती है। अनुभव से पता चलता है कि जब छेद का आकार गुहा व्यास के 0.1 से कम होता है, तो सभी आवृत्तियों की घटना विकिरण पूरी तरह से अवशोषित हो जाती है। नतीजतन, सड़क के किनारे से घरों की खुली खिड़कियां काली दिखाई देती हैं, हालांकि दीवारों से प्रकाश के प्रतिबिंब के कारण कमरों के अंदर ऐसा लगता है जैसे प्रकाश।

एक कृष्णिका की अवधारणा के साथ, अवधारणा का उपयोग किया जाता है धूसर शरीर≈ ऐसे पिंड का जिसकी अवशोषण क्षमता एक से कम है, लेकिन सभी आवृत्तियों के लिए समान है और केवल तापमान, सामग्री और शरीर की सतह की स्थिति पर निर्भर करता है। इस प्रकार, ग्रे बॉडी के लिए = पर= कास्ट

ऊष्मीय विकिरण के अध्ययन ने प्रकाश के क्वांटम सिद्धांत के निर्माण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, इसलिए यह आवश्यक है कि उन कानूनों पर विचार किया जाए जिनका वह पालन करता है।

शरीर की ऊर्जा चमकआर टी, संख्यात्मक रूप से ऊर्जा के बराबर डब्ल्यूसंपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में शरीर द्वारा विकीर्ण (0<<) शरीर की सतह की प्रति इकाई, समय की प्रति इकाई, शरीर के तापमान पर टी, अर्थात।

(1)

शरीर का उत्सर्जनआर, टीसंख्यात्मक रूप से शरीर की ऊर्जा के बराबर dWशरीर की सतह की एक इकाई से शरीर द्वारा विकिरण, शरीर के तापमान T पर समय की प्रति इकाई, तरंग दैर्ध्य रेंज में  से  तक +डी,वे।

(2)

इस मूल्य को शरीर की ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व भी कहा जाता है।

ऊर्जा चमक सूत्र द्वारा उत्सर्जन से संबंधित है

(3)

अवशेषीशरीर , टी- एक संख्या जो दर्शाती है कि शरीर की सतह पर विकिरण की ऊर्जा का कितना अंश इसके द्वारा तरंग दैर्ध्य रेंज में  से  तक अवशोषित होता है +डी,वे।

. (4)

शरीर जिसके लिए  , टी = 1संपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में, एक ब्लैक बॉडी (ब्लैक बॉडी) कहा जाता है।

शरीर जिसके लिए  , टी = स्थिरांक<1 संपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज को ग्रे कहा जाता है।

46. ​​एक्टिनोमीटर नामक विशेष भौतिक यंत्र पृथ्वी की सतह पर प्रति इकाई क्षेत्र प्रति इकाई समय में प्राप्त सौर ऊर्जा की मात्रा को माप सकते हैं। पहले सूरज की किरणेंऔर पृथ्वी की सतह तक पहुँचते हैं और एक्टिनोमीटर में गिरते हैं, उन्हें हमारे वायुमंडल की पूरी मोटाई से गुजरना होगा, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा का कुछ हिस्सा वायुमंडल द्वारा अवशोषित किया जाएगा। इस अवशोषण का परिमाण वातावरण की स्थिति के आधार पर बहुत भिन्न होता है, इसलिए अलग-अलग समय में पृथ्वी की सतह पर प्राप्त सौर ऊर्जा की मात्रा बहुत भिन्न होती है।

सौर स्थिरांक, पृथ्वी के वायुमंडल की सीमा पर सूर्य की किरणों के लम्बवत् उजागर होने वाले क्षेत्र के एक वर्ग सेंटीमीटर क्षेत्र द्वारा प्राप्त ऊर्जा की मात्रा है, जो एक मिनट में छोटी कैलोरी में होती है। कई भूभौतिकीय वेधशालाओं की बड़ी संख्या में एक्टिनोमेट्रिक अवलोकनों से, सौर स्थिरांक के लिए निम्नलिखित मूल्य प्राप्त किया गया था:

ए = 1.94 कैलोरी/सेमी2 मिनट।

पृथ्वी के आसपास के क्षेत्र में सूर्य का सामना करने वाली साइट की सतह के 1 वर्ग मीटर पर, प्रति सेकंड सौर विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्वारा की गई 1400 J ऊर्जा प्रवेश करती है। इस मान को सौर स्थिरांक कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, सौर विकिरण का ऊर्जा प्रवाह घनत्व 1.4 kW/m2 है।

सौर स्पेक्ट्रम - मीटर रेडियो तरंगों के लिए एनएम (गामा विकिरण) के कुछ अंशों से तरंग दैर्ध्य रेंज में सूर्य के विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा का वितरण। दृश्यमान क्षेत्र में, सौर स्पेक्ट्रम लगभग 5800 K के तापमान पर बिल्कुल कृष्णिका के स्पेक्ट्रम के करीब है; 430-500 एनएम के क्षेत्र में अधिकतम ऊर्जा है। सौर स्पेक्ट्रम एक सतत स्पेक्ट्रम है, जिस पर विभिन्न रासायनिक तत्वों की 20 हजार से अधिक अवशोषण रेखाएँ (फ्राउनहोफर रेखाएँ) आरोपित हैं।

एक्टिनहे मीटर- प्रत्यक्ष सौर विकिरण की तीव्रता को मापने के लिए एक उपकरण। ए के संचालन का सिद्धांत एक काली सतह द्वारा घटना विकिरण के अवशोषण और इसकी ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित करने पर आधारित है। ए एक रिश्तेदार डिवाइस है, क्योंकि। विकिरण की तीव्रता का अंदाजा हीटिंग के साथ होने वाली विभिन्न घटनाओं से लगाया जाता है, पाइरेलियोमीटर के विपरीत - निरपेक्ष उपकरण। उदाहरण के लिए, माइकलसन एक्टिनोमीटर के संचालन का सिद्धांत सूर्य की किरणों द्वारा कालिख से काली हुई द्विधातु प्लेट के ताप पर आधारित है। 1 , लोहे और इन्वार से दबाया जाता है। गर्म होने पर, लोहा लम्बा हो जाता है, और इन्वार लगभग थर्मल विस्तार का अनुभव नहीं करता है, इसलिए प्लेट झुक जाती है। मोड़ का परिमाण सौर विकिरण की तीव्रता के माप के रूप में कार्य करता है। माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हुए, क्वार्ट्ज फिलामेंट की गति देखी जाती है , प्लेट के अंत में स्थित है।