047

A HibUl. IM1U.1 ,Vvu    r ), buui :uO

ISBN D4H1II ł-7. © l>. »N TOS >*}

3 1 DWOISTA NATURA ŚWIATŁA I EUKTRONÓW    47

Ciałem doskonale czarnym nazywamy ciało pochłaniające całkowicie wszystkie rodzaje promieniowania elektromagnetycznego bez względu na długość fali. Właścio-ści bardzo zbliżone do ciała doskonale czarnego wykazuje sadza. Dobry model ciała doskonale czarnego Sianowi zamknięte naczynie, do którego prowadzi niewielki otwór Promień światła wchodzący przez ten otwór do wnętrza pada na ścianę naczynia i ulega odbiciu, tracąc przy tym część swojej energii Promień odbity padu ponownie na ścianę w innej części naczynia, ulega znów odbiciu, tracąc część swojej energii itd. Po wielokrotnym odbiciu zostaje wreszcie pochłonięty w całości. Układ taki wykazuje w rezultacie właściwości ciała doskonale czarnego.

Stwierdzono, że każde ciało zdolne do pochłaniania energii promienistej jest także zdolne do jej emitowania, tj. wysyłania promieni o tej samej długości lali. Im większa jest zdolność absorpcyjna (zdolność pochłaniania promieniowania), tym większa jest zdolność emisyjna (zdolność wysyłania promieniowania). Wynika stąd. że ciało dosko nałc czarne, ciało najlepiej pochłaniające, emituje także w danych warunkach najwięcej energii. Również opisany powyżej model ciała doskonale czarnego emituje promieniowanie poprzez znajdujący się w nim otwór.

Ilość energii wysyłanej przez ciało wzrasta bardzo znacznie z temperaturą. Ciało doskonale czarne emituje promieniowanie podczerwone, widzialne i nadfioletowe o wszystkich długościach fali. Natężenie emitowanego promieniowania zalezy jednak od długości jego fali (rys. 3.2). Poszczególne krzywe na rys. 3.2 odpowiadają różnym temperaturom ciała doskonale czarnego. Na każdej z nich widoczne jest maksimum. Położenie maksimum przesuwa się w kieiunku fal krótszych w miarę wzrostu temperatuiy ciała emitującego.

Żadna z piób wyjaśnienia zależności natężenia emitowanego promieniowania od długości jego fali. podejmowanych na podstawie klasycznej teorii promieniowania elektromagnetycznego, nie dopiowadziła do wyników w pełni zadowalających. Wzory przed stawiające energię promieniowania jako funkcję długości fali. £ = fi A). wyprowadzone przez Wilhelma Wiena oraz przez Jamesa W. Raylcigha i Jamesa II Jeansa. ujmowały obserwowane zależności tylko w ograniczonych zakresach długości fali. Pierwszy z nich milczycie przedstawiał rozkład energii w krótkofalowej części widma w przypadku niskiej temperatury ciała doskonale czarnego. Drugi natomiast wykazywał dobrą zgodność z doświadczeniem tylko w zakresie długofalowej części widma dla stosunkowo wysokich temperatur.

Wzór. który okazał się zgodny z doświadczeniem w całym zakresie długości fali. został wprowadzony dopiero przez Maxa Plancka w I90ft r. Uczony ten przyjął jednak wręcz rewolucyjne założenie, radykalnie odbiegające od ustalonych poglądów fizyki klasycznej. Założył bowiem, że światło jest emitowane i pochłaniane przez ciało doskonale czarne mc w sposób ciągły, co było dotąd uważane za oczywiste, lecz porcjami, które nazwał kwantami energii. Wielkość kwantu energii, £, jest wprost proporcjonalna do częstości drgań. o. promieniowania emitowanego lub pochłanianego

f = hv    (3.2)

Stałą proporcjonalności, h, zwaną stałą Plancka, wyraża się w jednostkach eneigu