Ультрафиолетовая катастрофа

Не только поверхностной плотностью потока излучения характеризуется излучение нагретых тел. С повышением температуры меняется цвет тела: от темно-красного у нагретой печи до ослепительно белого цвета Солнца, — все большая доля энергии приходится на область высоких частот. Меняется спектральный состав излучения. Зависимость излучаемой энергии от частоты физики определяют, измеряя энергию, заключенную в узких интервалах частот, например на участке от v₁ до v₂. Если энергию, приходящуюся на этот участок, разделить на его ширину v₂-v₁ то получается величина e_v — излучательная способность абсолютно черного тела для частоты v, лежащей между v₁ и v₂. Отложим теперь по оси ординат измеренные на опыте значения e_v, а по оси абсцисс соответствующие им частоты. Получится кривая с максимумом.

А вот теоретическая формула Релея — Джинса — парабола:

Эта кривая не имеет максимума (рис. 3). Закономерность, полученная независимо Релеем и Джинсом, совпадает с опытными данными только для малых частот (в диапазоне частот АБ). В остальном эта формула нелепа. Из нее следует, что при любой температуре тела основная доля излучаемой им энергии приходится на область коротких волн.

Рис. 3. По теории Джинса излучательная способность абсолютно черного тела E_U должна все время возрастать с увеличением частоты световых колебаний V. Тогда любое нагретое тело должно было бы излучать в диапазоне частот ВГ рентгеновские лучи. По теории Планка излучательная способность возрастает лишь до определенной частоты, а затем убывает. Получается зависимость с максимумом. Опыт подтверждает теорию Планка. Если на пути излучения абсолютно черного тела поставить призму П, то световые волны с малыми частотами колебаний будут меньше отклоняться призмой, чем световые колебания с большей частотой. Измерив энергию лучей, соответствующих волнам с разной частотой колебаний, приемником лучистой энергии, который передвигается параллельно плоскости КК, можно получить зависимость, отображаемую законом излучения Планка.

Самое коротковолновое излучение, которое еще чувствует наш глаз, - фиолетовое. Поэтому из теории Джинса следовало: едва теплая печь должна казаться фиолетовой! Но Джине провел все расчеты без ошибок, на основе проверенной, надежной теории Максвелла. В чем же дело? Подобрать формулу, которая правильно описывала излучение нагретого тела, удалось немецкому физику Максу Планку. Это было нелегким делом. Планк затратил два года, чтобы получить формулу, совпадающую с опытными данными. Вот знаменитая формула, носящая его имя:

Здесь h - постоянная Планка, равная 6,62 * 10^-34Дж*с, с - скорость света, k - постоянная Больц-мана, равная 1,38 • 10^-23 Дж*град^-1. Умноженная на температуру Т, эта постоянная дает среднюю энергию колебаний атомов.

перейти к началу страницы