Ультрафіолетова катастрофа



ФІЗИКА

Частина 4

ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

Розділ 13 КОРПУСКУЛЯРНІ ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА

13.3. “Ультрафіолетова катастрофа”

Першу спробу теоретично обгрунтувати розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла зробив російський фізик В. О. Міхельсон. Він же вивів формулу для розподілу енергії. Зробивши деякі припущення про механізм випромінювання, німецький фізик В. Він знайшов аналітичний вигляд функції розподілу енергії в спектрі абсолютно чорного тіла:

Ультрафіолетова катастрофа

Де а і b – сталі

величини. Формулу (13.7) називають формулою Віна. Вона справедлива лише для лівої частини експериментальної кривої (див. рис. 13.1), тобто для малих довжин хвиль (високих частот).

Дж. Релей, а потім Д. Джине, виходячи із загальних класичних уявлень про рівномірний розподіл енергії за степенями вільності і не роблячи жодних припущень про механізм випромінювання, дістали таку формулу для функції розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла:

Ультрафіолетова катастрофа

Де с – швидкість світла у вакуумі; k – стала Больцмана; Т – абсолютна температура. Формула Релея – Джинса добре узгоджується

з експериментальними даними в інтервалі довгих хвиль. Проте в інтервалі малих довжин хвиль вона різко розходиться з експериментом: зі зменшенням довжини хвилі випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла не зростає до нескінченності, як це випливає із формули (13.8), а, навпаки, зменшується до нуля. На рис. 13.1 штриховою лінією зображено теоретичну криву Релея – Джинса. Крім того, формула Релея – Джинса приводить до абсурдного висновку при обчисленні інтегральної випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла. В цьому легко переконатись, якщо зінтегрувати вираз (13.8) по λ:

Ультрафіолетова катастрофа

Отже, інтегральна випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла, виходячи з формули Релея – Джинса, має бути нескінченно великою. Тим часом за законом Стефана – Больцмана, який добре узгоджується з дослідом, RT пропорційна четвертому степеню абсолютної температури, тобто є скінченною величиною.

Роботи Релея і Джинса засвідчили, що послідовне застосування класичної фізики до дослідження спектрального складу випромінювання абсолютно чорного тіла дає абсурдні результати. Критичний стан, що виник у проблемі теплового випромінювання абсолютно чорного тіла, дістав образну назву “ультрафіолетової катастрофи”. Така назва пов’язана з тим, що формула Релея – Джинса, яку виведено, виходячи із класичних уявлень, не узгоджується з експериментом в інтервалі малих (ультрафіолетових) довжин хвиль (див. рис. 13.1). Вихід із “катастрофи” виявився під силу лише сучасній фізиці з якісно новими уявленнями про природу випромінювання.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Наслідки війни другої світової.
Ви зараз читаєте: Ультрафіолетова катастрофа