ก๊าซโฟตอนและการแผ่รังสีของวัตถุดำ
การแผ่รังสีความร้อนคือก๊าซของโฟตอนที่เชื่อฟังสถิติโบส-ไอน์สไตน์ และการพิจารณาเช่นนั้นทำให้ได้กฎของพลังค์ กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ และกฎการกระจัดของวีน
Definition
ก๊าซโฟตอนคือแบบจำลองทางสถิติกลศาสตร์ของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในสมดุลความร้อนในรูปของก๊าซโฟตอนที่เชื่อฟังสถิติโบส-ไอน์สไตน์โดยมีศักย์เคมีเป็นศูนย์ ซึ่งการกระจายสเปกตรัมของมันคือกฎการแผ่รังสีวัตถุดำของพลังค์
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมโฟตอนในฐานะโบซอนไร้มวลที่มีศักย์เคมีเป็นศูนย์ ความหนาแน่นของโหมดแม่เหล็กไฟฟ้าในโพรง การกระจายของพลังค์สำหรับความหนาแน่นพลังงานสเปกตรัม และผลลัพธ์ที่ได้จากการรวม -- กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์สำหรับกำลังการแผ่รังสีทั้งหมด และกฎการกระจัดของวีนสำหรับความยาวคลื่นสูงสุด รวมถึงการแก้ไขปัญหาหายนะอัลตราไวโอเลตในอดีตและความดันรังสีของก๊าซโฟตอน
Core questions
- เหตุใดก๊าซโฟตอนจึงมีศักย์เคมีเป็นศูนย์?
- การนับโหมดโพรงด้วยสถิติโบส-ไอน์สไตน์ให้กฎของพลังค์ได้อย่างไร?
- กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์และวีนมาจากกฎการกระจายของพลังค์ได้อย่างไร?
- ภาพของโฟตอนแก้ไขหายนะอัลตราไวโอเลตของทฤษฎีคลาสสิกได้อย่างไร?
Key concepts
- โฟตอนในฐานะโบซอนไร้มวลที่มีศักย์เคมีเป็นศูนย์
- ความหนาแน่นของโหมดแม่เหล็กไฟฟ้า
- การกระจายของพลังค์และความหนาแน่นพลังงานสเปกตรัม
- กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์และกฎการกระจัดของวีน
- ความดันรังสีของก๊าซโฟตอน
Key theories
- กฎการแผ่รังสีของพลังค์
- การหาปริมาณพลังงานของโหมดการแผ่รังสีในโพรงและการใช้สถิติโบส-ไอน์สไตน์ทำให้ได้ความหนาแน่นพลังงานสเปกตรัมของการแผ่รังสีวัตถุดำ ซึ่งช่วยขจัดความแตกต่างที่การแบ่งส่วนเท่ากันแบบคลาสสิกสร้างขึ้นที่ความยาวคลื่นสั้น
Clinical relevance
ทฤษฎีการแผ่รังสีของวัตถุดำเป็นพื้นฐานของไพโรมิเตอร์และการถ่ายภาพความร้อน สมดุลพลังงานของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ พื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล และการสอบเทียบแหล่งกำเนิดรังสี และเป็นจุดกำเนิดทางประวัติศาสตร์ของทฤษฎีควอนตัม
History
การอนุพันธ์สเปกตรัมวัตถุดำของพลังค์ในปี 1900-1901 ซึ่งนำเสนอการหาปริมาณพลังงานเพื่อให้เข้ากับเส้นโค้งที่สังเกตได้ ได้ริเริ่มทฤษฎีควอนตัม; กลศาสตร์เชิงสถิติในภายหลังได้กู้คืนกฎเดียวกันอย่างชัดเจนโดยการพิจารณาการแผ่รังสีเป็นก๊าซโฟตอนที่เชื่อฟังสถิติโบส-ไอน์สไตน์
Key figures
- Max Planck
- Wilhelm Wien
- Josef Stefan
Related topics
Seminal works
- planck1901
- pathria2011
Frequently asked questions
- เหตุใดศักย์เคมีของโฟตอนจึงเป็นศูนย์?
- โฟตอนถูกสร้างและดูดซับได้อย่างอิสระโดยผนังโพรง ดังนั้นจำนวนของมันจึงไม่ถูกอนุรักษ์; การลดพลังงานอิสระให้เหลือน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับจำนวนโฟตอนจะบังคับให้ศักย์เคมีหายไป