Atom fizikasi

8 - LABORATORIYA ISHI.


STEFAN –BOLTSMAN DOIMIYSINI ANIQLASH

Jismlarning o’z ichki energiyasi xisobiga elektromagnit to’lqinlar chiqarib nurlanishi issiqlik nurlanishi deb ataladi. Umuman olganda nurlanish turlari xilma-xildir. Masalan, kimyoviy reaktsiya, gaz razryadi, elektromagnit nurlanishning biror modda tomonidan yutilishi yoki jismlarni elektronlar dastasi yordamida bombardimon qilish natijasida turli nurlanishlar hosil bo’lishi mumkin. Bu nurlanishlar mos ravishda xemilyuminestsentsiya, elektrolyuminestsentsiya, fotolyuminestsentsiya va katodolyuminestsentsiya deb ataladi.

Issiqlik nurlanish jism atom va molekulalarining xaotik- issiqlik harakati tufayli yuz beradi. Bu nurlanish intensivligi va spektri jism harorati , kimyoviy tarkibi va agregat holatiga bog’liq bo’ladi. 600-700⁰S haroratda nurlanish energiyasining asosiy qismi spektrning infraqizil va qizil sohasiga to’g’ri keladi. Haroratning yanada ortishi bilan nurlanishining ko’zga ko’rinuvchi sohasiga mos keluvchi energiya ulushi ortadi va yuqori temperaturalarda jism nurlanishi spektri asosan oq yorug’likdan iborat bo’ladi.
Jism bilan nurlanish muvozanatda bo’lganda jism qancha issiqlik nurlanishini yutsa shuncha nurlanishni atrof-muhitga tarqatadi. Muvozanat holatda jismning harorati o’zgarmaydi. Haqiqatdan ham, izolyatsiyalangan berk idish ichiga ma’lum haroratli jismni joylasak, u o’zidan issiqlik nurlanishini tarqata boshlaydi. Agar berk idishning ichki devorlari ideal qaytaruvchi bo’lib, uning ichidagi havo to’la tortib olingan bo’lsa, jismdan chiqqan nurlar idish ichki devoridan qaytib yana jismga tushadi va ularning bir qismi jism tomonidan yutilib, bir qismi yana qaytadi. Natijada jism bilan berk idish ichidagi nurlanish o’rtasida uzluksiz energiya almashinuvi yuz beradi. Agar jism bilan nurlanish o’rtasida energiya taqsimlanishi har qanday to’lqin uzunlik uchun o’zgarmas bo’lib qolsa, jism bilan nurlanish orasida muvozanat hosil bo’ladi. Faqat issiqlik nurlanishi uchun muvozanat holat yuz berishi mumkin. Bu holatdagi nurlanishga muvozanatdagi issiqlik nurlanishi deb atatladi.
Issiqlik nurlanish intensivligi vattlarda o’lchanuvchi energiya oqimining miqdori bilan xarakterlanadi. Birlik sirtdan barcha yo’nalishlarda tarqalayotgan energiya oqimi jismning energetik yorituvchanligi deb ataladi. Energetik yorituvchanlik jismning haroratiga bog’liq bo’lib, Ye_T harfi bilan belgilanadi. SHunday qilib, jismdan tarqalayotgan issiqlik nurlanishining to’la yoki integral intensivligi quyidagicha bo’ladi.
(1)
Bu yerda S-jism sirti. Odatda differentsial (monoxramatik) intensivlik deb ataluvchi kattalik ham ishlatiladi. Issiqlik nurlanishning differentsial intensivligi- J_ deganda birlik sirtdan birlik to’lqin uzunligi intervali va vaqt birligida nurlanayotgan nurlanish energiyasi nazarda tutiladi:
(2)
Differentsial intensivlik jismning nur chiqarish qobiliyati deb ham ataladi. Integral va differentsial intensivliklar quyidagicha bog’langan bo’ladi.
(3)
Agar (d) to’lqin uzunlik intervalida jismga tushayotgan issiqlik nurlanishining energiyasi -E_{ tush} , energiyaning jism tomonidan yutilgan qismi -E_{ yut} va jismdan qaytgan qismi -E_{ qayt} bo’lsa, energiyaning saqlanish qonuniga ko’ra
E_{ tush} E_{ yut}  Ye_{ qayt} (4)
bo’ladi. (6.4) ni quyidagicha yozishimiz ham mumkin:
(5)
Bu tenglikdagi jismning yutish qobiliyati deb ataladi. Ikkinchi kattalik esa -jismning nur qaytarish qobiliyati deb ataladi. Bu ikkala kattalik ham o’lchamsiz kattaliklardir. Tushayotgan nurlanish energiyasining hammasini yutadigan jism absalyut (mutloq) qora jism deb ataladi. Absalyut (mutloq) qora jism uchun a(T) bo’ladi. Tabiatda mutloq qora jism uchramaydi, lekin yutish qobiliyati bo’yicha mutloq qora jismga yaqin bo’lgan jismlar, masalan, qora kuya bilan qoplangan jismlar mavjud.
Termodinamikaning 2-printsipiga asoslanib Kirxgof shuni ko’rsatdiki, nurlanish bilan jism muvozanatda bo’lganda, nurlanishning differentsial intensivligini jismning yutish qobiliyatiga nisbati berilgan harorat va berilgan to’lqin uzunlikda hamma jismlar uchun bir xil bo’ladi, ya’ni
(6)
Bu formuladagi (,T)-Kirxgof funktsiyasi deb ataladi. Jismning yutish qobilyati-a(,T)1 bo’lganda
J_(,T)(,T)
Demak, mutloq qora jism nurlanishining differentsial intensivligi Kirxgof funktsiyasining o’ziga teng ekan. Issiqlik nurlanish qonunlarini tushuntirish uchun M. Plank 1900 yilda nurlanish korpuskulyar tabiatga ega degan g’oyaga keldi va statistik fizika usullaridan foydalangan holda Kirxgof funktsiyasining ifodasini keltirib chiqardi. Plank formulasi nomini olgan bu ifoda quyidagi ko’rinishga ega:
(7)
Bu yerda h- Plank doimiysi, k-Bolьtsman doimiysi va s –yorug’lik tezligi. SHunday qilib, (3) va (7) formulalarga ko’ra mutloq qora jism nurlanishining integral intensivligi uchun quyidagi munosabatni olish mumkin:
(8)
Bu yerda -Stefan-Bolьtsman doimiysi bo’lib, u SI birliklar sistemasida larda o’lchanadi:
5,710^-8
Nurlanishning maksimal intensivligini quyidagi shartdan topish mumkin:
(9)
Bundan va (10)
(10) formulalar Vin qonunlarining matematik ifodalaridir. Vinning birinchi qonuniga ko’ra nurlanish intensivligining maksimumiga to’g’ri keluvchi to’lqin uzunlik temperaturaga teskari proportsionaldir. Vinning ikkinchi qonuniga asosan esa, nurlanishning maksimal intensivligi absalyut haroratning 5-darajasiga proportsionaldir.
6.1-rasmda jism haroratining turli qiymatlarida issiqlik nurlanishi intensivligining nurlanish to’lqin uzunligiga bog’lansh grafigi ko’rsatilgan.