最終更新日: 2023 年 12 月 30 日

黒体放射曲線

画像の説明: さまざまな温度における黒体の電磁スペクトルの曲線。
画像からわかるように、黒体の電磁スペクトルの曲線は最大強度を持ち、黒体の温度が上昇するにつれて短波長側にシフトします。たとえば、5000 K の黒体は黄色領域で最大強度を持ち、4000 K の黒体は赤色領域で最大強度を持ち、3000 K の黒体は赤外領域で最大強度を持ちます。画像クレジット:ウィキペディア(パブリックドメイン)。

プランクの法則

物理学では、黒いボディは、受信したすべての電磁エネルギーを反射も透過もせずに完全に吸収する理想的な物体です。この光の完全な吸収により、熱撹拌 (分子または原子のランダムな動き) が発生し、黒体放射。
これらの動きは黒体の温度によって引き起こされます。温度が高いほど、動きが速くなり、熱撹拌が大きくなります。
このような物体は現実には存在しませんが、黒体の概念は熱力学や量子物理学の重要な理論モデルとして使用されています。

そこにはプランクの法則は、特定の温度で黒体によって放射される電磁エネルギーの分布 (または光子密度分布) を波長の関数として表します。

プランクの方程式は次のとおりです。
I(ν,T) = 8 π hν^3 / c^2 / (e^(hν / kBT) - 1) ここで、
I(ν,T) は単位面積、立体角、周波数あたりの放射線強度です。
ν は放射線の周波数です
T は黒体温度です
h はプランク定数です
k はボルツマン定数です
それは光の速さです

プランクの方程式は、黒体の電磁スペクトルの曲線が特定の波長で最大強度を持つ釣鐘型の曲線であると予測します。最大強度の波長 λmax は次式で与えられます。ウィーンの法則 : λmax = hc / kBT
プランクの法則は、黒体の電磁スペクトルが釣鐘型の曲線であるという実験的観察を定量的に説明したため、物理学における重要な発見でした。この法則は、量子力学の発展、特に黒体の放射を説明するためにエネルギー量子の概念を導入したマックスプランク (1858-1947) の研究にも大きな影響を与えました。黒体から放出される放射線の量は、その温度と波長のみに依存します。

プランクの法則は、星、星雲、炉、白熱灯、レーザー、ダイオード、さらには半導体など、さまざまな電磁放射源に適用できます。
プランクの法則は、多くの実際的な応用がある物理学の基本法則です。