33. तापीय विकिरण। विभिन्न तापमानों पर एक काले शरीर का उत्सर्जन स्पेक्ट्रा। थर्मल विकिरण 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 लैंप, एक सड़ता हुआ पेड़, एक जुगनू, आदि। विद्युत चुम्बकीय विकिरण की सभी किस्मों में से, मानव आंखों के लिए दृश्यमान या अदृश्य, एक को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जो सभी निकायों में निहित है। यह गर्म निकायों का विकिरण, या थर्मल 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 बदल जाती है, इसलिए, थर्मल विकिरण को हमेशा आंख द्वारा चमक के रूप में नहीं देखा जाता है।

ऊष्मा विकिरण की विशेषताएँ. काला शरीर

प्रकाश दोलन की अवधि से कहीं अधिक लंबे समय की औसत विकिरण शक्ति को विकिरण प्रवाह एफ के रूप में लिया जाता है। एसआई प्रणाली में, इसे वाट (डब्ल्यू) में व्यक्त किया जाता है।

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

एक गर्म पिंड विभिन्न तरंग दैर्ध्य की विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करता है। आइए גּ से גּ + dגּ तक तरंग दैर्ध्य का एक छोटा अंतराल आवंटित करें। इस अंतराल के अनुरूप 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 और इस खंड की चौड़ाई के अनुपात के बराबर, डब्ल्यू / एम 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 एक अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

किसी पिंड की विकिरण ऊर्जा को अवशोषित करने की क्षमता को किसी दिए गए पिंड द्वारा अवशोषित विकिरण प्रवाह और उस पर गिरने वाले विकिरण प्रवाह के अनुपात के बराबर अवशोषण गुणांक द्वारा दर्शाया जाता है: ए \u003d एफ अवशोषण / एफ गिरावट

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

इससे यह पता चलता है कि अवशोषण गुणांक 0 से 1 तक मान ले सकते हैं। काले शरीर विशेष रूप से विकिरण को अच्छी तरह से अवशोषित करते हैं: काला कागज, कपड़े, मखमल, कालिख, प्लैटिनम काला, आदि; सफेद सतह और दर्पण वाले शरीर खराब रूप से अवशोषित होते हैं।

वह पिंड जिसका अवशोषण गुणांक सभी आवृत्तियों के लिए एकता के बराबर है, काला कहलाता है। यह अपने ऊपर पड़ने वाले सभी विकिरणों को अवशोषित कर लेता है। प्रकृति में कोई काला शरीर नहीं है, यह अवधारणा एक भौतिक अमूर्तता है। काले शरीर का मॉडल एक बंद अपारदर्शी गुहा में एक छोटा सा छेद है। इस छेद में गिरी किरण, जो दीवारों से कई बार परावर्तित होती है, लगभग पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगी। भविष्य में, हम इसी मॉडल को ब्लैक बॉडी के रूप में लेंगे। वह पिंड जिसका अवशोषण गुणांक इकाई से कम हो और उस पर पड़ने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर न हो, ग्रे कहलाता है।

प्रकृति में कोई धूसर पिंड नहीं हैं, तथापि, कुछ पिंड तरंग दैर्ध्य की एक निश्चित सीमा में धूसर रंग 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 अवरक्त क्षेत्र के लिए अवशोषण गुणांक लगभग 0.9 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 से समझाया जा सकता है।

एक बंद रुद्धोष्म खोल में, थर्मोडायनामिक संतुलन में दो अलग-अलग निकाय होते हैं, जबकि उनका तापमान समान होता है। चूँकि पिंडों की स्थिति नहीं बदलती है, उनमें से प्रत्येक समान ऊर्जा उत्सर्जित और अवशोषित करता है। प्रत्येक पिंड का विकिरण स्पेक्ट्रम 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 दूसरे की तुलना में अधिक तरंगें, उदाहरण के लिए, लाल तरंगें उत्सर्जित करता है, तो उसे उनमें से अधिक को अवशोषित करना होगा।

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

किरचॉफ नियम का उपयोग करके और प्रयोग से काले शरीर के स्पेक्ट्रम और तरंग दैर्ध्य पर शरीर के मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक की निर्भरता को जानकर, कोई शरीर का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम आर גּ = एफ (גּ) पा सकता है।

काले शरीर विकिरण के नियम

ब्लैक बॉडी विकिरण का एक सतत स्पेक्ट्रम होता है। विभिन्न तापमानों के लिए उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के ग्राफ़ चित्र में दिखाए गए हैं। ऊर्जा चमक का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व होता है, जो बढ़ते तापमान के साथ छोटी तरंगों की ओर स्थानांतरित हो जाता 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 ये बुनियादी प्रावधान ही हैं जो सही निर्भरता प्राप्त करने की अनुमति नहीं देते हैं। उन्होंने एक परिकल्पना प्रस्तुत की, जिससे यह निष्कर्ष निकला कि काला शरीर लगातार नहीं, बल्कि कुछ अलग भागों - क्वांटा में ऊर्जा का विकिरण और अवशोषण करता है।

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

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

वीन के नियम की अभिव्यक्ति रोजमर्रा के अवलोकनों से ज्ञात होती है। कमरे के तापमान पर, पिंडों का थर्मल विकिरण मुख्य रूप से अवरक्त क्षेत्र में होता है और मानव आँख द्वारा नहीं देखा जाता है। यदि तापमान बढ़ता है, तो शरीर गहरे लाल रंग की रोशनी से चमकने लगते हैं, और बहुत अधिक तापमान पर - नीले रंग के साथ सफेद, शरीर के गर्म होने की अनुभूति बढ़ जाती है।

स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन और वीन कानून, निकायों के विकिरण को मापकर, उनका तापमान (ऑप्टिकल पायरोमेट्री) निर्धारित करने की अनुमति देते हैं।

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

19वीं सदी के अंत तक, पदार्थ के परमाणुओं के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण (विशेष रूप से, प्रकाश) की बातचीत का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों को गंभीर समस्याओं का सामना करना पड़ा, जिन्हें केवल क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर ही हल किया जा सकता था, जो कई मायनों में इस तथ्य के कारण पैदा हुआ था कि ये समस्याएं उत्पन्न हुईं। इनमें से पहली और शायद सबसे गंभीर समस्या को समझने के लिए, दर्पण वाले आंतरिक भाग वाले एक बड़े ब्लैक बॉक्स की कल्पना करें, जिसकी एक दीवार में एक छोटा सा छेद है। प्रकाश की एक किरण जो एक सूक्ष्म छिद्र के माध्यम से बॉक्स में प्रवेश करती है, हमेशा के लिए अंदर रहती है, और दीवारों से अंतहीन रूप से परावर्तित होती है। कोई वस्तु जो प्रकाश को परावर्तित नहीं करती, बल्कि उसे पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है, काली दिखती है, यही कारण है कि इसे आमतौर पर ब्लैक बॉडी कहा जाता है। (एक आदर्श ब्लैकबॉडी - कई अन्य वैचारिक भौतिक घटनाओं की तरह - एक पूरी तरह से काल्पनिक वस्तु है, हालांकि, उदाहरण के लिए, अंदर से एक खोखला, समान रूप से गर्म, प्रतिबिंबित क्षेत्र, जिसमें प्रकाश एक छोटे छेद के माध्यम से प्रवेश करता है, एक अच्छा अनुमान है।)

प्रकृति में बिल्कुल काले पिंडों का अस्तित्व नहीं है, इसलिए भौतिकी में प्रयोगों के लिए एक मॉडल का उपयोग किया जाता है। यह एक छोटे से छेद वाली 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 दृश्यमान 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 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 क्षमता पर जोर देने के लिए आवश्यक है; उदाहरण के लिए, छेद पूरी तरह से बंद किया जा सकता है, और जल्दी से तभी खोला जा सकता है जब संतुलन पहले ही स्थापित हो चुका हो और माप किया जा रहा हो)।

हालाँकि, आपने संभवतः वास्तविकता में काले शरीर के काफी करीबी एनालॉग देखे होंगे। उदाहरण के लिए, चूल्हे में, ऐसा होता है कि कई लकड़ियाँ लगभग बारीकी से मुड़ जाती हैं, और उनके अंदर एक बड़ी गुहा जल जाती है। बाहर, लट्ठे अंधेरे रहते हैं और चमकते नहीं हैं, जबकि गर्मी (अवरक्त विकिरण) और प्रकाश जली हुई गुहा के अंदर जमा हो जाते हैं, और बाहर निकलने से पहले, ये किरणें गुहा की दीवारों से बार-बार परावर्तित होती हैं। यदि आप ऐसे लट्ठों के बीच के अंतराल को देखते हैं, तो आपको एक चमकदार पीली-नारंगी उच्च तापमान वाली चमक दिखाई देगी और, वहां से, आप सचमुच गर्मी से जल उठेंगे। यह सिर्फ इतना है कि किरणें कुछ समय के लिए लट्ठों के बीच फंसी रहीं, जैसे ऊपर वर्णित ब्लैक बॉक्स द्वारा प्रकाश को पूरी तरह से पकड़ लिया जाता है और अवशोषित कर लिया जाता है।

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

इस बिंदु तक, काले शरीर का व्यवहार काफी हद तक स्पष्ट रहता है। शास्त्रीय भौतिकी (यहां "शास्त्रीय" से हमारा तात्पर्य क्वांटम यांत्रिकी के आगमन से पहले की भौतिकी से है) के ढांचे के भीतर समस्याएं एक संतुलन अवस्था में एक काले शरीर के अंदर संग्रहीत विकिरण ऊर्जा की गणना करने के प्रयासों से शुरू हुईं। और दो बातें जल्द ही 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, शास्त्रीय सिद्धांत काले शरीर के अंदर स्पेक्ट्रम के इस हिस्से की अधिक किरणों की भविष्यवाणी करता है);
2. तरंग की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, वह उतनी ही अधिक ऊर्जा वहन करती है और तदनुसार, वह काले शरीर के अंदर उतनी ही अधिक संग्रहीत होती है।

एक साथ लेने पर, इन दोनों निष्कर्षों से एक अकल्पनीय परिणाम निकला: 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।

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

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

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

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

रोजमर्रा की जिंदगी में, अंतरिक्ष में ऊर्जा स्थानांतरित करने के दो तरीके हैं - कणों या तरंगों के माध्यम से। रोजमर्रा की जिंदगी में, ऊर्जा हस्तांतरण के दो तंत्रों के बीच कोई विरोधाभास दिखाई नहीं देता है। तो, बास्केटबॉल एक कण है, और ध्वनि एक तरंग है, और सब कुछ स्पष्ट है। हालाँकि, क्वांटम यांत्रिकी में, चीज़ें किसी भी तरह से इतनी सरल नहीं हैं। क्वांटम वस्तुओं के साथ सबसे सरल प्रयोगों से भी, यह बहुत जल्द स्पष्ट हो जाता है कि मैक्रोवर्ल्ड के हमारे परिचित सिद्धांत और कानून सूक्ष्म जगत में काम नहीं करते हैं। प्रकाश, जिसे हम एक तरंग के रूप में सोचते थे, कभी-कभी ऐसा व्यवहार करता है मानो इसमें कणों (फोटॉन) की एक धारा शामिल हो, और प्राथमिक कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन या यहां तक ​​कि एक विशाल प्रोटॉन, अक्सर एक तरंग के गुणों को प्रदर्शित करते हैं।

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

मैक्स प्लैंक, क्वांटम यांत्रिकी के संस्थापकों में से एक, ऊर्जा परिमाणीकरण के विचार में आए, जो हाल ही में खोजी गई विद्युत चुम्बकीय तरंगों और परमाणुओं के बीच बातचीत की प्रक्रिया को सैद्धांतिक रूप से समझाने की कोशिश कर रहे थे और इस तरह, ब्लैक बॉडी विकिरण की समस्या को हल कर रहे थे। 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 उत्सर्जित और अवशोषित करते हैं (जिसे वैज्ञानिक क्वांटा कहते हैं) और केवल व्यक्तिगत तरंग आवृत्तियों पर।

क्वांटम कणों की दोहरी कणिका-तरंग प्रकृति का वर्णन एक विभेदक समीकरण द्वारा किया गया है।

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

सबसे बढ़कर, आइंस्टीन ने संभावनाओं और तरंग कार्यों के संदर्भ में सूक्ष्म जगत की घटनाओं का वर्णन करने की आवश्यकता का विरोध किया, न कि निर्देशांक और कण वेग 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 का खंडन करता 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 नियतिवाद के मार्ग पर वापस आ जाएगी। अर्थात्, उन्होंने जोर देकर कहा, हमें केवल यही 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 चर परिकल्पना तैयार करने वाले पहले व्यक्ति थे। यह इस तथ्य में निहित है कि, वास्तव में, इलेक्ट्रॉनों में न्यूटन की बिलियर्ड गेंदों की तरह निश्चित निर्देशांक और गति होती है, और क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे में अनिश्चितता सिद्धांत और उनके निर्धारण के लिए संभाव्य दृष्टिकोण सिद्धांत की अपूर्णता का परिणाम है, यही कारण है कि यह उन्हें निश्चित रूप से निर्धारित करने की अनुमति नहीं देता है।

प्रकाश हमारे ग्रह पर जीवन का आधार है। "आसमान नीला क्यों है?" प्रश्नों का उत्तर देना और "घास हरी क्यों है?" आप स्पष्ट उत्तर दे सकते हैं - "प्रकाश को 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 स्थानांतरित करने के दो तरीकों में से एक हैं (दूसरा तरीका कणिका है, कणों की मदद से)। तरंगें 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। कल्पना कीजिए कि एक नाव लहरों पर उछल रही है। उठते और गिरते हुए, फ्लोट पानी की गतिविधियों 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 मुड़ें, जिसके अनुसार प्रकाश किरण के प्रसार के पथ में प्रत्येक बिंदु को माध्यमिक तरंगों का एक नया स्वतंत्र स्रोत माना जा सकता है, और आगे का विवर्तन पैटर्न इन माध्यमिक तरंगों के हस्तक्षेप के कारण होता है। जब एक प्रकाश तरंग किसी बाधा से संपर्क करती है, तो द्वितीयक ह्यूजेंस तरंगों का एक हिस्सा अवरुद्ध हो जाता है।

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

सूत्र (1.1) और (1.2) से पता चलता है 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 उत्तरार्द्ध का अवशोषण गुणांक ज्ञात है, जिसे प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए।

अनुसंधान से ब्लैक बॉडी विकिरण के निम्नलिखित नियम सामने आए हैं।

1. स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून: किसी कृष्णिका का अभिन्न विकिरण घनत्व उसके पूर्ण तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होता है

कीमत σ बुलाया स्टीफन स्थिरांक- बोल्ट्ज़मैन:

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

समय के साथ उत्सर्जित ऊर्जा टीचमकदार सतह वाला बिल्कुल काला शरीर एसस्थिर तापमान पर टी,

W=σT 4 सेंट

यदि शरीर का तापमान समय के साथ बदलता है, अर्थात। टी = टी(टी), वह

स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन नियम बढ़ते तापमान के साथ विकिरण शक्ति में अत्यंत तीव्र वृद्धि का संकेत देता है। उदाहरण के लिए, जब तापमान 800 से 2400 K (अर्थात 527 से 2127°C) तक बढ़ जाता है, तो पूरी तरह से काले शरीर का विकिरण 81 गुना बढ़ जाता है। यदि कोई काला पिंड किसी तापमान वाले माध्यम से घिरा हो टी 0, तो आँख माध्यम द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा को स्वयं 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)

स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन 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 कि ब्लैकबॉडी विकिरण के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के लिए जिम्मेदार है, शरीर के पूर्ण तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है:

λ 0 = या λ 0 टी \u003d बी।

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

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

3. प्लैंक का नियम. स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून और वीन विस्थापन कानून मुख्य समस्या का समाधान नहीं करते हैं कि तापमान पर एक काले शरीर के स्पेक्ट्रम में प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के अनुसार 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 नियम के आधार पर, एक काले शरीर के वर्णक्रमीय घनत्व और विकिरण के लिए दो सूत्र प्राप्त किए गए थे:

1) जीत का फार्मूला

कहाँ एऔर बी- स्थिर मान;

2) रेले-जीन्स फॉर्मूला

तुम λT = 8πkT λ – 4 ,

कहाँ कबोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है। प्रायोगिक सत्यापन से पता चला कि किसी दिए गए तापमान के लिए, वीन का सूत्र छोटी तरंगों के लिए सही है (कब)। λTबहुत छोटा और लंबी तरंगों के क्षेत्र में अनुभव का तीव्र अभिसरण देता है। रेले-जीन्स फॉर्मूला लंबी तरंगों के लिए सही साबित हुआ और छोटी तरंगों के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त साबित हुआ (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 साबित हुई।

फ़ंक्शन का प्रकार निर्धारित करने के लिए तुम λTप्रकाश उत्सर्जन के तंत्र के बारे में पूरी तरह से नए विचारों की आवश्यकता थी। 1900 में एम. प्लैंक ने इसकी परिकल्पना की थी परमाणुओं और अणुओं द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण ऊर्जा का अवशोषण और उत्सर्जन केवल अलग-अलग "भागों" में ही संभव है।जिन्हें ऊर्जा क्वांटा कहा जाता है। ऊर्जा की मात्रा का मान ε विकिरण आवृत्ति के समानुपाती वी(तरंगदैर्घ्य के व्युत्क्रमानुपाती λ ):

ε = hv = hc/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 μm, 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 तुम λT:

कहाँ कबोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है, साथनिर्वात में प्रकाश की गति है. l फ़ंक्शन (2.1) के अनुरूप वक्र चित्र में भी दिखाया गया है। 2.2.

प्लैंक का नियम (2.11) स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन नियम और वीन के विस्थापन नियम को जन्म देता है। दरअसल, अभिन्न विकिरण घनत्व के लिए हम प्राप्त करते हैं

इस सूत्र के अनुसार गणना एक ऐसा परिणाम देती है जो स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक के अनुभवजन्य मूल्य से मेल खाता है।

विएन के विस्थापन नियम और उसके स्थिरांक को प्लैंक के सूत्र से फ़ंक्शन का अधिकतम ज्ञात करके प्राप्त किया जा सकता है तुम λT, जिसके लिए व्युत्पन्न तुम λTद्वारा λ , और शून्य के बराबर है. गणना का परिणाम सूत्र में होता है:

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

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

एक। तापीय 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 अनुभूति नहीं होती। आँख की अधिकतम संवेदनशीलता तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है λ = 0.555 µm. आंख की इस संपत्ति के आधार पर, किसी को प्रकाश स्रोतों से स्पेक्ट्रम में ऊर्जा के ऐसे वितरण की मांग करनी चाहिए, जिसमें विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व तरंग दैर्ध्य पर पड़े। λ = 0.555 µm या तो। यदि हम एक बिल्कुल काले शरीर को ऐसे स्रोत के रूप में लेते हैं, तो वीन के विस्थापन कानून 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(दृश्य विकिरण की ऊर्जा और सभी विकिरण की कुल ऊर्जा का अनुपात) छोटा होगा। ग्राफ़िक रूप से अंजीर में। 2.3 यह गुणांक क्षेत्रफलों के अनुपात द्वारा व्यक्त किया जाता है एस 1और एस; वर्ग एस 1स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र की विकिरण ऊर्जा को व्यक्त करता है, एस- समस्त 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 केवल 1-3% है। एक थर्मल उत्सर्जक का इतना कम "प्रकाश उत्पादन" इस तथ्य से समझाया जाता है कि परमाणुओं और अणुओं की अराजक गति के दौरान, न केवल प्रकाश (दृश्यमान), बल्कि अन्य विद्युत चुम्बकीय तरंगें भी उत्तेजित होती हैं, जिनका आंख पर प्रकाश प्रभाव नहीं पड़ता है। इसलिए, शरीर को केवल उन्हीं तरंगों को विकीर्ण करने के लिए चुनिंदा रूप से बाध्य करना असंभव है जिनके प्रति आंख संवेदनशील है: अदृश्य तरंगें आवश्यक रूप से विकिरित होती हैं।

सबसे महत्वपूर्ण आधुनिक तापमान प्रकाश स्रोत टंगस्टन फिलामेंट के साथ 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 छिड़काव बहुत जल्दी होता है, और फिलामेंट नष्ट हो जाता है। फिलामेंट स्पटरिंग को कम करने के लिए, लैंप को लगभग 0.5 एटीएम के दबाव पर अक्रिय गैसों (आर्गन, क्सीनन, नाइट्रोजन) से भरने का प्रस्ताव किया गया था। इससे फिलामेंट का तापमान 3000-3200 K तक बढ़ाना संभव हो गया। इन तापमानों पर, विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व अवरक्त तरंगों (लगभग 1.1 माइक्रोन) के क्षेत्र में होता है, इसलिए सभी आधुनिक गरमागरम लैंप की दक्षता 1% से थोड़ी अधिक होती है।

बी। ऑप्टिकल पायरोमेट्री।किसी काले पिंड के विकिरण के उपरोक्त नियम तरंग दैर्ध्य ज्ञात होने पर इस पिंड का तापमान निर्धारित करना संभव बनाते हैं λ 0 अधिकतम के अनुरूप तुम λT(वीन के नियम के अनुसार), या यदि अभिन्न विकिरण घनत्व का मान ज्ञात है (स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन नियम के अनुसार)। केबिन में थर्मल विकिरण द्वारा शरीर के तापमान को निर्धारित करने की ये विधियाँ ऑप्टिकल पायरोमेट्री;बहुत अधिक तापमान मापते समय वे विशेष रूप से उपयोगी होते हैं। चूँकि उल्लिखित नियम केवल पूरी तरह से काले शरीर पर लागू होते हैं, उन पर आधारित ऑप्टिकल पायरोमेट्री केवल तभी अच्छे परिणाम देती है जब उन निकायों के तापमान को मापते हैं जो पूरी तरह से काले शरीर के गुणों के करीब होते हैं। व्यवहार में, ये फ़ैक्टरी भट्टियाँ, प्रयोगशाला मफ़ल भट्टियाँ, बॉयलर भट्टियाँ आदि हैं। ऊष्मा उत्सर्जकों का तापमान निर्धारित करने के लिए तीन तरीकों पर विचार करें:

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

विशेषकर सूर्य, तारों आदि की सतह पर तापमान इसी प्रकार निर्धारित होता है।

गैर-काले पिंडों के लिए, यह विधि शरीर का वास्तविक तापमान नहीं बताती है; यदि उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में एक अधिकतम है और हम गणना करते हैं टीसूत्र (2.2) के अनुसार, गणना से हमें पूरी तरह से काले शरीर का तापमान मिलता है, जिसका स्पेक्ट्रम में परीक्षण के तहत शरीर के 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। इसे शरीर का तापमान कहा जाता है रंग तापमान।

एक गरमागरम लैंप के फिलामेंट का रंग तापमान 2700-3000 K है, जो इसके वास्तविक तापमान के बहुत करीब है।

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

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

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

वी मैं तापमान निर्धारित करने के लिए चमक विधि।इसके संचालन का सिद्धांत गरमागरम परीक्षण निकाय की छवि की चमक के साथ पाइरोमीटर लैंप के गरमागरम फिलामेंट की चमक की दृश्य तुलना पर आधारित है। यह उपकरण एक स्पॉटिंग स्कोप है जिसके अंदर एक इलेक्ट्रिक लैंप रखा गया 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 रिओस्टेट द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और तापमान को एमीटर के पैमाने द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो सीधे तापमान पर स्नातक होता है।

19वीं सदी के अंत तक, पदार्थ के परमाणुओं के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण (विशेष रूप से, प्रकाश) की बातचीत का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों को गंभीर समस्याओं का सामना करना पड़ा, जिन्हें केवल क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर ही हल किया जा सकता था, जो कई मायनों में इस तथ्य के कारण पैदा हुआ था कि ये समस्याएं उत्पन्न हुईं। इनमें से पहली और शायद सबसे गंभीर समस्या को समझने के लिए, दर्पण वाले आंतरिक भाग वाले एक बड़े ब्लैक बॉक्स की कल्पना करें, जिसकी एक दीवार में एक छोटा सा छेद है। प्रकाश की एक किरण जो एक सूक्ष्म छिद्र के माध्यम से बॉक्स में प्रवेश करती है, हमेशा के लिए अंदर रहती है, और दीवारों से अंतहीन रूप से परावर्तित होती है। कोई वस्तु जो प्रकाश को परावर्तित नहीं करती, बल्कि उसे पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है, काली दिखती है, इसीलिए इसे आमतौर पर काला कहा जाता है काला शरीर. (एक आदर्श ब्लैकबॉडी - कई अन्य वैचारिक भौतिक घटनाओं की तरह - एक पूरी तरह से काल्पनिक वस्तु है, हालांकि, उदाहरण के लिए, अंदर से एक खोखला, समान रूप से गर्म, प्रतिबिंबित क्षेत्र, जिसमें प्रकाश एक छोटे छेद के माध्यम से प्रवेश करता है, एक अच्छा अनुमान है।)

हालाँकि, आपने संभवतः वास्तविकता में काले शरीर के काफी करीबी एनालॉग देखे होंगे। उदाहरण के लिए, चूल्हे में, ऐसा होता है कि कई लकड़ियाँ लगभग बारीकी से मुड़ जाती हैं, और उनके अंदर एक बड़ी गुहा जल जाती है। बाहर, लट्ठे अंधेरे रहते हैं और चमकते नहीं हैं, जबकि गर्मी (अवरक्त विकिरण) और प्रकाश जली हुई गुहा के अंदर जमा हो जाते हैं, और बाहर निकलने से पहले, ये किरणें गुहा की दीवारों से बार-बार परावर्तित होती हैं। यदि आप ऐसे लट्ठों के बीच के अंतराल को देखते हैं, तो आपको एक चमकदार पीली-नारंगी उच्च तापमान वाली चमक दिखाई देगी और, वहां से, आप सचमुच गर्मी से जल उठेंगे। यह सिर्फ इतना है कि किरणें कुछ समय के लिए लट्ठों के बीच फंसी रहीं, जैसे ऊपर वर्णित ब्लैक बॉक्स द्वारा प्रकाश को पूरी तरह से पकड़ लिया जाता है और अवशोषित कर लिया जाता है।

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

इस बिंदु तक, काले शरीर का व्यवहार काफी हद तक स्पष्ट रहता है। शास्त्रीय भौतिकी (यहां "शास्त्रीय" से हमारा तात्पर्य क्वांटम यांत्रिकी के आगमन से पहले की भौतिकी से है) के ढांचे के भीतर समस्याएं एक संतुलन अवस्था में एक काले शरीर के अंदर संग्रहीत विकिरण ऊर्जा की गणना करने के प्रयासों से शुरू हुईं। और दो बातें जल्द ही 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, शास्त्रीय सिद्धांत काले शरीर के अंदर स्पेक्ट्रम के इस हिस्से की अधिक किरणों की भविष्यवाणी करता है);
• तरंग की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, वह उतनी ही अधिक ऊर्जा वहन करती है और तदनुसार, वह काले शरीर के अंदर उतनी ही अधिक संग्रहीत होती है।

एक साथ लेने पर, इन दोनों निष्कर्षों से एक अकल्पनीय परिणाम निकला: काले शरीर के अंदर विकिरण ऊर्जा अनंत होनी चाहिए! शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के इस दुष्ट उपहास को नाम दिया गया पराबैंगनी आपदा, क्योंकि उच्च आवृत्ति विकिरण स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी भाग में निहित है।

यह आदेश जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक द्वारा बहाल किया गया था ( सेमी।प्लैंक स्थिरांक) - उन्होंने दिखाया कि समस्या दूर हो जाती है यदि हम 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 भाग।) इस योजना के अनुसार, शास्त्रीय भौतिकी द्वारा अनुमानित कई विकिरण आवृत्तियाँ एक काले शरीर के अंदर मौजूद नहीं हो सकती हैं, क्योंकि परमाणु उन्हें अवशोषित या उत्सर्जित करने में सक्षम नहीं हैं; तदनुसार, किसी काले शरीर के अंदर संतुलन विकिरण की गणना करते समय इन आवृत्तियों को विचार से बाहर रखा जाता है। केवल स्वीकार्य आवृत्तियों को छोड़कर, प्लैंक ने एक पराबैंगनी आपदा को रोका और विज्ञान को उप-परमाणु स्तर पर दुनिया की संरचना की सच्ची समझ के मार्ग पर निर्देशित किया। इसके अलावा, उन्होंने एक काले शरीर के संतुलन विकिरण की विशेषता आवृत्ति वितरण की गणना की।

प्लैंक द्वारा इसके प्रकाशन के कई दशकों बाद इस वितरण को दुनिया भर में प्रसिद्धि मिली, जब ब्रह्मांड विज्ञानियों को पता चला कि उन्होंने जिस माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की खोज की थी ( सेमी।बिग बैंग) अपनी वर्णक्रमीय विशेषताओं के संदर्भ में प्लैंक वितरण का बिल्कुल 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 से गुजरता है (अपवर्तन के दौरान) या जब एक प्रकाश प्रवाह परिलक्षित होता है। ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करने के कई तरीके हैं।

1) पोलेरॉइड के साथ ध्रुवीकरण। पोलेरॉइड सेल्यूलॉइड फिल्में हैं जो सल्फ्यूरिक एसिड कुनैन क्रिस्टल की बहुत पतली परत से लेपित होती हैं। पोलेरॉइड का उपयोग वर्तमान में प्रकाश को ध्रुवीकृत करने का सबसे आम तरीका है।

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

ध्रुवीकरण की डिग्री जितनी अधिक होगी, आपतन कोण उतना ही अधिक सही ढंग से बनाए रखा जाएगा। कांच के लिए आपतन कोण 57° है।

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

थोकऔर कानूनी कार्यऔर दृश्यता, किसी माध्यम की उसके माध्यम से गुजरने वाले ऑप्टिकल विकिरण (प्रकाश) के ध्रुवीकरण के विमान के घूर्णन का कारण बनने की क्षमता।

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 - जे = [ए] नियंत्रण रेखा(गुणांक [ए] को विशिष्ट ओ.ए. कहा जाता है); 2) इस माध्यम में घूर्णन या तो दक्षिणावर्त (j > 0) या इसके विपरीत (j) होता है< 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. रसइ अनुसूचित जनजाति।इ ता,पदार्थ के साथ अंतःक्रिया के दौरान ऑप्टिकल विकिरण (प्रकाश) के प्रवाह की विशेषताओं में परिवर्तन। ये विशेषताएँ 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 के परिणामस्वरूप क्षीण हो जाता है बिखरनेपर्यावरण में 10 गुना या ई गुना तक।

रिलेइ मैं ज़ैक हूँहे एन,तीव्रता कहती है मैंमाध्यम द्वारा प्रकीर्णित प्रकाश की तीव्रता आपतित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य l की चौथी शक्ति के व्युत्क्रमानुपाती होती है ( मैं~ एल -4) उस स्थिति में जब माध्यम में ढांकता हुआ कण होते हैं, जिनके आयाम एल से बहुत छोटे होते हैं . मैं rass ~1/ 4

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

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

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

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

मैं(एल)= मैंहे इ-सी क्लोरीन,

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

अवशोषण दर (के.एल), उस दूरी का व्युत्क्रम जिस पर एकवर्णी विकिरण प्रवाहआवृत्ति n, एक समानांतर किरण बनाती है, पदार्थ में अवशोषण के कारण क्षीण हो जाती है इबार या 10 बार. में मापा गया सेमी -1या एम -1 .स्पेक्ट्रोस्कोपी और अनुप्रयुक्त प्रकाशिकी की कुछ अन्य शाखाओं में, शब्द "पी.पी." पारंपरिक रूप से अवशोषण गुणांक को दर्शाने के लिए उपयोग किया जाता है।

दाढ़ अवशोषण दर

संप्रेषण माध्यम से गुजरने वाले विकिरण प्रवाह और उसकी सतह पर गिरे प्रवाह का अनुपात 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 परत के माध्यम से दिशा बदले बिना घटना प्रवाह के परिमाण से गुजरता है (अर्थात, बिखरने वाले प्रभावों और इंटरफेस पर प्रभावों के प्रभाव को ध्यान में रखे बिना)।

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

एकदम काला शरीर- थर्मोडायनामिक्स में प्रयुक्त भौतिक आदर्शीकरण, एक ऐसा पिंड जो सभी श्रेणियों में उस पर पड़ने वाले सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करता है और कुछ भी प्रतिबिंबित नहीं करता है। नाम के बावजूद, एक काला पिंड स्वयं किसी भी आवृत्ति के विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन कर सकता है और देखने में उसका एक रंग होता है। किसी कृष्णिका का विकिरण स्पेक्ट्रम उसके तापमान से ही 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

भूरे शरीर के लिए

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

विकिरण के मूल नियम:

स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून- पूर्णतः काले पिंड के विकिरण का नियम। किसी बिल्कुल काले शरीर की विकिरण शक्ति की उसके तापमान पर निर्भरता निर्धारित करता है। कानून की शब्दावली:

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

प्लैंक स्थिरांक कहाँ है, कबोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है, सीप्रकाश की गति है.

संख्यात्मक मान J s −1 m −2 K −4 .

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

कानून की वर्तमान शब्दावली इस प्रकार है:

किसी भी पिंड की उत्सर्जन क्षमता और उसकी अवशोषण क्षमता का अनुपात किसी दिए गए आवृत्ति के लिए दिए गए तापमान पर सभी पिंडों 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, कुछ अवशोषित होता है, और कुछ प्रसारित किया जा सकता है। किसी 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 उत्सर्जित करता है, जिसे कहा जाता है शरीर की उत्सर्जनता.

एक शरीर से दूसरे शरीर में जाने पर मान और 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 (तरंग दैर्ध्य) और तापमान का एक सार्वभौमिक कार्य है:

वह तरंग दैर्ध्य जिस पर एक काले शरीर की विकिरण ऊर्जा अधिकतम होती है, 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।

तापीय विकिरण के लक्षण

424e43ie तक गर्म किए गए पिंड, मानो उच्च तापमान पर चमकते हैं। गर्म करने से पिंडों की चमक कहलाती है थर्मल (तापमान) विकिरण. थर्मल विकिरण, प्रकृति में सबसे आम होने के कारण, किसी पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं की थर्मल गति की ऊर्जा के कारण होता है (यानी, इसकी आंतरिक ऊर्जा के कारण) और 0 K से ऊपर के तापमान पर सभी निकायों की विशेषता है। थर्मल विकिरण को एक निरंतर स्पेक्ट्रम की विशेषता होती है, जिसकी अधिकतम स्थिति तापमान पर निर्भर करती है। उच्च तापमान पर, छोटी (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 (विकिरण करने वाला) पिंड एक आदर्श परावर्तक आवरण से घिरी 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 करेगा जितनी वह विकिरण करेगा। आइए मान लें कि किसी कारण से शरीर और विकिरण के बीच संतुलन गड़बड़ा जाता है और शरीर अवशोषित करने की तुलना में अधिक ऊर्जा उत्सर्जित करता है। यदि प्रति इकाई समय में शरीर अवशोषित से अधिक विकिरण करता है (या इसके विपरीत), तो शरीर का तापमान कम होना (या बढ़ना) शुरू हो जाएगा। परिणामस्वरूप, शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा कमजोर हो जाएगी (या आयु 424e43ie ;t), जब तक, अंततः, संतुलन स्थापित नहीं हो जाता। अन्य सभी प्रकार के विकिरण गैर-संतुलन हैं।

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

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

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

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

क्योंकि सी=एलएन,वह

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

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

ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व को जानकर हम गणना कर सकते हैं अभिन्न ऊर्जा चमक (अभिन्न चमक)(इसे केवल शरीर की ऊर्जा चमक कहा जाता है), सभी आवृत्तियों का सारांश:

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

यह दर्शाता है कि शरीर की सतह पर प्रति इकाई समय में आवृत्तियों के साथ आपतित होने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा प्रति इकाई क्षेत्र में लाई गई ऊर्जा का कितना अंश एनपहले एन+डी एनशरीर द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। वर्णक्रमीय अवशोषण एक आयामहीन मात्रा है। मात्रा आरएन,टी═और ए एन,टीयह शरीर की प्रकृति, उसके थर्मोडायनामिक तापमान पर निर्भर करता है और साथ ही विभिन्न आवृत्तियों वाले विकिरणों के लिए भी भिन्न होता है। इसलिए, इन मूल्यों को इस प्रकार वर्गीकृत किया गया है टीऔर एन(या बल्कि, पर्याप्त 424e43ie तक; बिल्कुल एक संकीर्ण आवृत्ति अंतराल एनपहले एन+डी एन).

किसी भी तापमान पर किसी भी आवृत्ति के सभी 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 है ( ). प्रकृति में बिल्कुल काले शरीर नहीं हैं, हालांकि, एक निश्चित आवृत्ति सीमा में कालिख, प्लैटिनम काले, काले मखमल और कुछ अन्य जैसे शरीर, उनके गुणों में उनके करीब हैं।

काले शरीर का आदर्श मॉडल एक छोटे छेद वाली 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 का आपतित विकिरण पूरी तरह से अवशोषित हो जाता है। परिणामस्वरूप, सड़क के किनारे से घरों की खुली खिड़कियाँ काली दिखाई देती हैं, हालाँकि कमरों के अंदर दीवारों से प्रकाश के परावर्तन के कारण ऐसा लगता है मानो प्रकाश हो।

काले शरीर की अवधारणा के साथ-साथ इस अवधारणा का प्रयोग किया जाता है धूसर शरीर≈ एक ऐसे पिंड की जिसकी अवशोषण क्षमता इकाई से कम है, लेकिन सभी आवृत्तियों के लिए समान है और केवल तापमान, सामग्री और शरीर की सतह की स्थिति पर निर्भर करती है। इस प्रकार, एक भूरे शरीर के लिए = पर= स्थिरांक

थर्मल विकिरण के अध्ययन ने प्रकाश के क्वांटम सिद्धांत के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, इसलिए उन कानूनों पर विचार करना आवश्यक है जिनका यह पालन करता है।

शरीर की ऊर्जा चमकआर टी, संख्यात्मक रूप से ऊर्जा के बराबर डब्ल्यूसंपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में शरीर द्वारा विकिरणित (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 विकिरणित, शरीर के तापमान T पर समय की प्रति इकाई, तरंग दैर्ध्य रेंज में  से  तक +d,वे।

(2)

इस मान को पिंड 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 किसी पिंड की सतह पर आपतित विकिरण की ऊर्जा का कितना अंश तरंग दैर्ध्य रेंज में  से  तक अवशोषित होता है +d,वे।

. (4)

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

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

46. ​​एक्टिनोमीटर नामक विशेष भौतिक उपकरण पृथ्वी की सतह पर प्रति इकाई समय में प्रति इकाई क्षेत्र पर 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 हो जाएगा। इस अवशोषण का परिमाण वायुमंडल की स्थिति के आधार पर बहुत भिन्न होता है, जिससे कि अलग-अलग समय पर 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 लंबवत उजागर क्षेत्र के एक वर्ग सेंटीमीटर द्वारा एक मिनट में छोटी कैलोरी में प्राप्त ऊर्जा की मात्रा है। कई भूभौतिकीय वेधशालाओं के बड़ी संख्या में एक्टिनोमेट्रिक अवलोकनों से, सौर स्थिरांक के लिए निम्नलिखित मान प्राप्त किया गया था:

ए = 1.94 कैलोरी/सेमी2 मिनट।

पृथ्वी के निकट सूर्य के सम्मुख स्थल की सतह के 1 वर्ग मीटर पर, प्रति सेकंड सौर विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्वारा लाई 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 किलोवाट/मीटर 2 है।

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

एक्टिनहे मीटर- प्रत्यक्ष सौर विकिरण की तीव्रता को मापने के लिए एक उपकरण। ए के संचालन का सिद्धांत एक काली सतह द्वारा आपतित विकिरण के अवशोषण और उसकी ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित करने पर आधारित है। A. एक सापेक्ष उपकरण है, क्योंकि. विकिरण की तीव्रता को पाइरहेलियोमीटर - निरपेक्ष उपकरणों के विपरीत, हीटिंग के साथ होने वाली विभिन्न घटनाओं से आंका जाता है। उदाहरण के लिए, माइकलसन एक्टिनोमीटर के संचालन का सिद्धांत सूर्य की किरणों द्वारा कालिख से काली हो गई एक द्विधातु प्लेट के गर्म होने पर आधारित है। 1 , लोहे और इन्वार से दबाया जाता है। गर्म होने पर, लोहा लंबा 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 को मापने का काम करता है। माइक्रोस्कोप का उपयोग करके, क्वार्ट्ज फिलामेंट की गति देखी जाती है , प्लेट के अंत में स्थित है.