Kara Cisim Işıması ve Planck Yasası
Kara cisim üzerine düşen tüm ışınımı soğurur; yaydığı ışınımın spektrumu yalnızca sıcaklığına bağlıdır. Klasik fizik (eşbölüşüm) Rayleigh–Jeans yasasını verir: $B_\lambda = \dfrac{2ckT}{\lambda^4}$. Bu ifade kısa dalga boylarında sonsuza gider (ultraviyole felaketi) ve toplam enerjiyi sonsuz yapar.
Planck (1900) titreşicilerin enerjisinin $E = nhf$ basamaklarıyla değiştiğini varsayarak deneyle tam uyuşan yasayı buldu: $$B_\lambda(T) = \frac{2hc^2}{\lambda^5}\,\frac{1}{e^{hc/\lambda k T} - 1}.$$ Tepe noktası Wien kayma yasasına uyar: $\lambda_{\max}T = 2.898\times10^{-3}\ \text{m}\cdot\text{K}$. Birim yüzeyden yayılan toplam güç Stefan–Boltzmann yasasıdır: $M = \pi\int_0^\infty B_\lambda\,d\lambda = \sigma T^4$, $\sigma = 5.670\times10^{-8}\ \text{W/(m}^2\text{K}^4)$.
Wien yaklaşımı
$hc/\lambda kT \gg 1$ (kısa dalga boyu) için $B_\lambda \approx \dfrac{2hc^2}{\lambda^5}e^{-hc/\lambda kT}$ olur; uzun dalga boylarında ise Planck yasası Rayleigh–Jeans'e indirgenir. Planck formülü iki sınırı da doğru verir.
Parametreler
Grafiğe tıklayarak bir dalga boyundaki ışınım değerlerini hesap panelinde görün.
Hesaplama
Bunu dene
1. Sıcaklığı Güneş'in yüzey sıcaklığına (5772 K) ayarlayın. Spektrumun tepesi hangi dalga boyunda? Görünür bölgenin neresine düşüyor?
Açıklama
2. T = 3000 K'de 300 nm'ye tıklayın. Rayleigh–Jeans ve Planck değerleri arasındaki oran nedir? 3000 nm'de ne oluyor?
Açıklama
3. Sıcaklığı iki katına çıkarın (örneğin 2500 K → 5000 K). Toplam yayılan güç kaç katına çıkar? Hesap panelindeki sayısal integralle doğrulayın.