Laboratoriya işi №9 Qara cismin istilik şüalanmasının öyrənilməsi

Reley-Cins qanunu : Reley ilk dəfə olaraq klassik mexanika prinsiplərini şüalanma sahəsinə tətbiq etməyi təklif etmişdir. Releyə görə divarının temperaturu sabit olan boşluqda istilik şüalanması hesabına yaranan elektromaqnit sahəsinə müxtəlif istiqamətlərdə yayılan və müxtəlif tezlikli durğun dalğalar sistemi kimi baxmaq olar. Mexanikada hormonik ossilyatorun hər sərbəstlik dərəcəsinə enerjisi uyğun gəlir. Bunu nəzərə alsaq hər durğun dalğaya enerjisinin uyğun gəldiyini söyləyə bilərik. Cins, enerjinin sərbəstlik dərəcəsinə görə bərabər paylanması teoreminə əsaslanaraq Reley təklif etdiyi üsulla vahid həcmə düşən şüalanma enerjisini hesablayaraq,

(6)

ifadəsini almışdır, bu Reley-Cins düsturu adlanır və o şüalandırma qabiliyyəti üçün aşağıdakı şəkildə yazılır:

.

Reley-Cins düsturunun özünə məxsus qüsurları var. Əvvala, bu düstur yalnız tezliyin kiçik, temperaturun isə böyük qiymətlərində doğrudur. Digər tərəfdən, Reley-Cins düsturuna əsasən Stefan-Bolsman qanunu çıxarıldıqda da müəyyən anlaşılmazlıq yaranır.

İnteqral şüaburaxma qabiliyyətinin sonsuzluğa bərabər olması o deməkdir ki, şüalanma ilə şüalandıran cisim arasındakı tarazlıq yalnız cismin temperaturu mütləq sıfıra bərabər olduqda yarana bilər. Bu isə təcrübəyə ziddir. Gördüyümüz kimi, şüalanma ilə şüalandıran cisim arasındakı tarazlıq istənilən temperaturda yarana bilər. Reley-Cins düsturunun kiçik tezliklərdə təcrübi faktlara uyğun gəlməsi və nəticəsi göstərir ki, guya, mütləq qara cismin temperatur şüalanması zamanı enerjinin böyük hissəsi spektrin qısa dalğalı oblastına düşür. Alınan bu yanlış nəticə P.S.Erenfest tərəfindən «ultrabənövşəyi fəlakət» adlandırılmışdır.

İstilik şüalanmasi üçün Plank düsturu:

Istilik şüalanmasını bütün tezlik və temperatur intervalında izah edilməsinə imkan verən düstur Plank tərəfindən verilmişdir. İstilik şüalanmasının klassik fizika qanunları əsasında izah oluna bilinməməsi yeni, daha mükəmməl ideyanın meydana çıxması zəruriyyətini yaratmışdır. İdeyanın müəllifi Plank olmuşdur. Planka görə klassik mexanikadan fərqli olaraq ossilyatorun enerjisi kəsilməz deyil müəyyən sabit enerjinin tam misillərinə bərabər olan qiymətlər ala bilər.

(7)

Bolsman paylanmasına əsaslanaraq asanlıqla isbat etmək olur ki, ossilyator enerji səviyyələri (7)-lə təyin olunan diskret hallarda olduqda onun orta enerjisi deyil, aşağıdakı kimi olur:

. (8)

Onda sərbəstlik dərəcəsinin məlumsayına görə mütləq qara cismin şüalandırma qabiliyyəti üçün :

.

Ossilyatorun minimal enerji porsiyasının olduğunu qəbul etsək, Plank düsturu deyilən düsturu alarıq.

.

Bu düstur şüalanma əyrisini çox yaxşı izah edir.

1.Harmonik ossilyator enerjisinin elementar porsiyası rəqs tezliyi ilə düz mütənasibdir.

2. Ossilyatorun bir enerji səviyyəsindən digərinə keçməsi zamanı udulan, yaxud şüalanan işıq kvantının minimal enerjisi udulan, yaxud şüalanan işığın tezliyi ilə düz mütənasibdir.

İstilik şüalanmasi qanunlarinin yoxlanilması

Təcrübi qurğunun təsviri. Mütləq qara cismin şüalanma intensivliyinin dalğa uzunluğundan və temperaturdan asılılığını öyrənmək üçün istifadə olunan qurğunun ümumi görünüşü şəkil 2 – də verilmişdir.

İşıq mənbəyi olaraq közərmə lampası götürülür. Lampa gərginlik dəyişdiricisindən qidalanır. Lampanın verdiyi işıq spektrometrin prizmasına salınır. Prizmanı əl ilə fırlatmaqla ondan çıxan işığın intensivliyinin dönmə bucağından asılı olaraq necə dəyişməsini müəyyən etmək olar.

Bunun üçün 400-2500 nm dalğa uzunluğu intervalında işləyən spektro-fotometrdən istifadə olunur. Spektrofotometrdən çıxan işığın intensivliyinin qiymətinin dalğa uzunluğundan aslılığını, mütləq qara cismin şüalanma intensivliyi üçün verilmiş Plank düsturuna gətirmək olar. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi istilik şüalanması üçün Plankın verdiyi nəzəri düstur aşağıdakı kimidir ,

(9)

burada, c- işığın vakkumda yayılma sürəti, h -Plank sabiti, k- Bolsman sabiti, T -cismin mütləq temperaturu, λ -şüalanmanın dalğa uzunluğudur.

Şüalanma intensivliyi təcürbi olaraq 

(10)

düsturu ilə tapılır.

Mütləq qara cismin temperaturu artdıqca, şüalanma intensivliyinin maksimum qiyməti kiçik dalğalara tərəf yerini dəyişir. Mütləq qara cisim kimi baxdığımız közərmə lampasının teli volframdan hazırlanmışdır və onun müqavımətinin temperaturdan asılılığını -dən təyin etmək olar. Bu ifadədən

(11)

alınır. Xüsusi müqavimət təcürbi olaraq

düsturundan istifadə etməklə tapılır. Burada- otaq temperaturunda közərmiş telinin xüsusi müqaviməti =5,65 mkOm sm, U-telə verilən gərginlik , I-közərmə telindən axan cərəyan şiddəti, R_tel=0,93 Om- otaq temperaturunda telin müqavimətidir.

Közərmiş telinin temperaturunu bildikdən sonra şüalanmanın maksu-mumuna uyğun dalğa uzunluğunu Vinin yerdəyişmə qaydasına əsasən

(12)

düstüründan tapmaq olar. Burada, -Vin sabiti adlanır.