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ヴィーンの放射法則

索引 ヴィーンの放射法則

ヴィーンの放射法則(ヴィーンのほうしゃほうそく、)、あるいはヴィーンの公式、ヴィーンの分布式とは、熱輻射により黒体から放出される電磁波のスペクトルを与える理論式である。 この法則は1896年にヴィルヘルム・ヴィーンによって導かれたMehra and Rechenberg "The Historical Development of Quantum Theory"Bowley and Sánchez "Introductory Statistical Mechanics"。短波長(高周波数)領域における近似式であり、ヴィーン近似とも呼ばれる。 長波長(低周波数)領域では実験とずれが生じて記述できないが、全ての波長領域で正しく記述されるようにプランクの法則の形に修正された。英語の発音に基づくウィーンのカナ表記、呼称も用いられる。.

21 関係: マックス・プランクレイリー・ジーンズの法則ヴィルヘルム・ヴィーンボルツマン定数プランクの法則プランク定数周波数アメリカ国立標準技術研究所ウィーンの変位則キルヒホッフの法則 (放射エネルギー)シュテファン=ボルツマンの法則ジョン・ウィリアム・ストラット (第3代レイリー男爵)スペクトル光速科学技術データ委員会熱力学温度黒体電磁波波長放射発散度放射輝度

マックス・プランク

マックス・カール・エルンスト・ルートヴィヒ・プランク(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858年4月23日 - 1947年10月4日)は、ドイツの物理学者で、量子論の創始者の一人である。「量子論の父」とも呼ばれている。科学の方法論に関して、エルンスト・マッハらの実証主義に対し、実在論的立場から激しい論争を繰り広げた。1918年にノーベル物理学賞を受賞。.

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レイリー・ジーンズの法則

レイリー・ジーンズの法則(レイリー・ジーンズのほうそく、Rayleigh–Jeans Law)は、黒体から放射される電磁波のエネルギー密度の理論式の1つである。 黒体から放射される電磁波のうち、波長が λ から λ+dλの間にある電磁波のエネルギー密度を f(&lambda)dλ とすると、レイリー・ジーンズの法則は、 と表される。ここで、T は熱力学温度、k は ボルツマン定数である。 この式は、.

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ヴィルヘルム・ヴィーン

ヴィルヘルム・カール・ヴェルナー・オットー・フリッツ・フランツ・ヴィーン(独: Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien、1864年1月13日 - 1928年8月30日)は、ドイツの物理学者。英語風にウィルヘルム・ウィーンと表記されることもある。熱力学、特に黒体放射に関する研究で知られる。ヴィーンが発見したヴィーンの変位則やヴィーンの放射法則はマックス・プランクの量子論に直接結びつくもので、後にマックス・フォン・ラウエをして「ヴィーンの不滅の栄光は我々を量子力学の玄関口に導いた」と言わしめた。 1911年、「熱放射の諸法則に関する発見」によりノーベル物理学賞を受賞した。.

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ボルツマン定数

ボルツマン定数(ボルツマンていすう、Boltzmann constant)は、統計力学において、状態数とエントロピーを関係付ける物理定数である。統計力学の分野において重要な貢献をしたオーストリアの物理学者ルートヴィッヒ・ボルツマンにちなんで名付けられた。通常は記号 が用いられる。特にの頭文字を添えて で表されることもある。 ボルツマンの原理において、エントロピーは定まったエネルギー(及び物質量や体積などの状態量)の下で取りうる状態の数 の対数に比例する。これを と書いたときの比例係数 がボルツマン定数である。従って、ボルツマン定数はエントロピーの次元を持ち、熱力学温度をエネルギーに関係付ける定数として位置付けられる。国際単位系(SI)における単位はジュール毎ケルビン(記号: J K)が用いられる。.

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プランクの法則

プランクの法則(プランクのほうそく、Planck's law)とは物理学における黒体から輻射(放射)される電磁波の分光放射輝度、もしくはエネルギー密度の波長分布に関する公式。プランクの公式とも呼ばれる。ある温度 における黒体からの電磁輻射の分光放射輝度を全波長領域において正しく説明することができる。1900年、ドイツの物理学者マックス・プランクによって導かれた。プランクはこの法則の導出を考える中で、輻射場の振動子のエネルギーが、あるエネルギー素量(現在ではエネルギー量子と呼ばれている) の整数倍になっていると仮定した。このエネルギーの量子仮説(量子化)はその後の量子力学の幕開けに大きな影響を与えている。.

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プランク定数

プランク定数(プランクていすう、プランクじょうすう、)は、光子のもつエネルギーと振動数の比例関係をあらわす比例定数のことで、量子論を特徴付ける物理定数である。量子力学の創始者の一人であるマックス・プランクにちなんで命名された。作用の次元を持ち、作用量子とも呼ばれている。SIにおける単位はジュール秒(記号: J s)である。.

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周波数

周波数(しゅうはすう 英:frequency)とは、工学、特に電気工学・電波工学や音響工学などにおいて、電気振動(電磁波や振動電流)などの現象が、単位時間(ヘルツの場合は1秒)当たりに繰り返される回数のことである。.

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アメリカ国立標準技術研究所

アメリカ国立標準技術研究所(アメリカこくりつひょうじゅんぎじゅつけんきゅうじょ、National Institute of Standards and Technology, NIST)は、アメリカ合衆国の国立の計量標準研究所であり、アメリカ合衆国商務省配下の技術部門であり非監督(non-regulatory )機関である。1901年から1988年までは国立標準局 (National Bureau of Standards, NBS) と称していた。その公式任務は次の通り。 2007会計年度(2006年10月1日-2007年9月30日)の予算は約8億4330万ドルだった。2009年の予算は9億9200万ドルだが、アメリカ復興・再投資法の一部として6億1000万ドルを別に受け取っている。2013年現在、NISTには約3000人の科学者、工学者、技術者がいる(他にサポートスタッフと運営部門)。また、国内企業や海外から約2700人の科学者、工学者を受け入れている。さらに国内約400ヶ所の提携機関で1300人の製造技術の専門家やスタッフが関わっている。NISTの出版している Handbook 44 は「計測機器についての仕様、許容誤差、他の技術的要件」を提供している。.

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ウィーンの変位則

各温度における黒体輻射のエネルギー密度の波長ごとのスペクトル ヴィーンの変位則(ウィーンのへんいそく、Wien's displacement law)とは、黒体からの輻射のピークの波長が温度に反比例するという法則である。ヴィルヘルム・ヴィーンによって発見された。ヴィーンはドイツの物理学者であるため「ヴィーン」が正しい名称となるが、慣習的に英語読みのウィーンの変位則とよばれることも多い。 ここで は黒体の温度(K)、 はピーク波長(m)、 は比例定数でありその値は である。CGS単位系では は約 0.29 cm·K である。.

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キルヒホッフの法則 (放射エネルギー)

ルヒホッフの法則(キルヒホッフのほうそく、Kirchhoffsches Strahlungsgesetz) はグスタフ・キルヒホフが提唱した法則である。 放射率と吸収率が等しいという法則。局所熱平衡状態で成り立つ, 光と物体の相互作用に関する法則で、1860年に発見された。 物体が熱放射で放出する光のエネルギー(放射輝度)を, 同温の黒体が放出する光(黒体放射)のエネルギーで割った値を放射率(射出率)という。放射率は, 0以上1以下の値であり, 物質により, また, 波長により異なる。一方, ある波長の光が物体に当たった時, その光のエネルギーの内, 物体に吸収されるエネルギーの割合を吸収率という。吸収率も, 物体により, また, 波長により異なる。.

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シュテファン=ボルツマンの法則

ュテファン.

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ジョン・ウィリアム・ストラット (第3代レイリー男爵)

3代レイリー男爵ジョン・ウィリアム・ストラット(Baron Rayleigh、1842年11月12日 - 1919年6月30日)は、イギリスの物理学者。レイリー卿(レーリー卿あるいはレーリ卿とも、Lord Rayleigh)としても知られる。光の散乱の研究から空が青くなる理由を示す(レイリー散乱)、地震の表面波(レイリー波)の発見、ラムゼーとの共同研究によるアルゴンの発見、熱放射を古典的に扱ったレイリー・ジーンズの法則の導出などを行った。このほかにも流体力学(レイリー数)や毛細管現象の研究など、古典物理学の広範な分野に業績がある。 「気体の密度に関する研究、およびこの研究により成されたアルゴンの発見」により、1904年の ノーベル物理学賞を受賞した。.

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スペクトル

ペクトル()とは、複雑な情報や信号をその成分に分解し、成分ごとの大小に従って配列したもののことである。2次元以上で図示されることが多く、その図自体のことをスペクトルと呼ぶこともある。 様々な領域で用いられる用語で、様々な意味を持つ。現代的な意味のスペクトルは、分光スペクトルか、それから派生した意味のものが多い。.

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光速

光速(こうそく、speed of light)、あるいは光速度(こうそくど)とは、光が伝播する速さのことであるニュートン (2011-12)、pp. 24–25.。真空中における光速の値は (≒30万キロメートル毎秒)と定義されている。つまり、太陽から地球まで約8分20秒(8分19秒とする場合もある)、月から地球は、2秒もかからない。俗に「1秒間に地球を7回半回ることができる速さ」とも表現される。 光速は宇宙における最大速度であり、物理学において時間と空間の基準となる特別な意味を持つ値でもある。 現代の国際単位系では長さの単位メートルは光速と秒により定義されている。光速度は電磁波の伝播速度でもあり、マクスウェルの方程式で媒質を真空にすると光速が一定となるということが相対性理論の根本原理になっている。 重力作用も光速で伝播することが相対性理論で予言され、2002年に観測により確認された。.

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科学技術データ委員会

科学技術データ委員会(かがくぎじゅつデータいいんかい、CODATA; Committee on Data for Science and Technology)は、国際科学会議(ICSU、旧名 国際学術連合)によって1966年に設立された学際的な科学委員会である。CODATAは、科学と技術に関するあらゆるデータについて、その質、信頼性、管理、検索性の向上を行っている。正式名称の科学技術データ委員会 よりは、CODATAと呼ばれることの方が多い。 CODATAは2年ごとにCODATA国際会議を開催している。.

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熱力学温度

熱力学温度(ねつりきがくおんど、)熱力学的温度(ねつりきがくてきおんど)とも呼ばれる。は、熱力学に基づいて定義される温度である。 国際量体系 (ISQ) における基本量の一つとして位置付けられ、次元の記号としてサンセリフローマン体の が用いられる。また、国際単位系 (SI) における単位はケルビン(記号: K)が用いられる。熱力学や統計力学に関する文献やそれらの応用に関する文献では、熱力学温度の意味で温度 という言葉を使うことが多い。 熱力学温度は平衡熱力学における基本的要請を満たすように定義される示強変数であり、そのような温度は一つに限らない。 熱力学温度が持つ基本的な性質の一つとして普遍性がある。具体的な物質の熱膨張などを基準として定められる温度は、選んだ物質に固有の性質をその定義に含んでしまい、特殊な状況を除いて温度の取り扱いが煩雑になる。熱力学温度はシャルルの法則や熱力学第二法則のような物質固有の性質に依存しない法則に基づいて定められるため、物質の選択にまつわる困難を避けることができる。 熱力学温度が持つもう一つの基本的な性質として、下限の存在が挙げられる。熱力学温度の下限は実現可能な熱力学的平衡状態熱力学や統計力学に関する文献では単に平衡状態と呼ばれることが多い。を決定する。この熱力学温度の下限は絶対零度と呼ばれる。 統計力学の分野においては逆温度が定義されしばしば熱力学温度に代わって用いられる。逆温度 は(理想気体温度の意味での)熱力学温度 に反比例する ことが知られ( はボルツマン定数)、このことが の名前の由来となっている。 また統計力学では「絶対零度を下回る」温度として負温度が導入されるが、負温度は熱力学や平衡統計力学の意味での温度とは異なる概念である。熱力学で用いられる通常の温度は平衡状態の系を特徴づける物理量だが、負温度は反転分布の実現するような非平衡系や系のエネルギーに上限が存在するような特殊な系を特徴づける量である。負温度はある種の非平衡系に対してカノニカル分布を拡張した際に、この分布に対する逆温度の逆数(をボルツマン定数で割ったもの)として定義され、負の値をとる。すなわち、負の逆温度 に対し負温度 は という関係が成り立つように定められる。この関係は通常の(正の)温度と逆温度の関係をそのまま非平衡系に対して適用したものとなっている。しかしながらその元となる逆温度と温度の対応関係は、統計力学で定義される諸々の熱力学ポテンシャルが熱力学で定義されたものと(漸近的に)一致するという要請から導かれるものであり、負温度が実現する系において同様の関係が成り立つと考える必然性はない。 熱力学温度はしばしば絶対温度(ぜったいおんど、absolute temperature)とも呼ばれる。多くの場合、熱力学温度と絶対温度は同義であるが、「絶対温度」という言葉の用法はまちまちであり「カルノーの定理や理想気体の状態方程式から定義できる自然な温度」を指すこともあれば、「温度単位としてケルビンを選んだ場合の温度」ないし「絶対零度を基準点とする温度」のようなより限定された意味で用いられることもある。 気体分子運動論によれば分子が持つ運動エネルギーの期待値は絶対零度において 0 となる。このとき、分子の運動は完全に停止していると考えられる。しかしながら、極低温の環境において古典力学に基づく運動論は完全に破綻するため、そのような古典的な描像は意味を持たない。.

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黒体

黒体(こくたい、)あるいは完全放射体(かんぜんほうしゃたい)とは、外部から入射する電磁波を、あらゆる波長にわたって完全に吸収し、また熱放射できる物体のこと。.

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電磁波

電磁波(でんじは )は、空間の電場と磁場の変化によって形成される波(波動)である。いわゆる光(赤外線、可視光線、紫外線)や電波は電磁波の一種である。電磁放射()とも呼ばれる。現代科学において電磁波は波と粒子の性質を持つとされ、波長の違いにより様々な呼称や性質を持つ。通信から医療に至るまで数多くの分野で用いられている。 電磁波は波であるので、散乱や屈折、反射、また回折や干渉などの現象を起こし、 波長によって様々な性質を示す。このことは特に観測技術で利用されている。 微視的には、電磁波は光子と呼ばれる量子力学的な粒子であり、物体が何らかの方法でエネルギーを失うと、それが光子として放出される。また、光子を吸収することで物体はエネルギーを得る。.

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波長

波長(はちょう、Wellenlänge、wavelength)とは、空間を伝わる波(波動)の持つ周期的な長さのこと。空間は3次元と限る必要はない。 正弦波を考えると(つまり波形が時間や、空間の位置によって変わらない状態)、波長λには、 の関係がある。 \begin k \end は波数、 \begin \omega \end は角振動数、 \begin v \end は波の位相速度、 \begin f \end は振動数(周波数)である。波数 \begin k \end は k.

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放射発散度

放射発散度(ほうしゃはっさんど、、)とは、広がりを持った放射源の表面上の点から時間あたりに放射される放射エネルギーを表す物理量である。 SIにおける単位は、ワット毎平方メートル(記号: W m)が用いられる。 放射照度は同じ単位を持つが、放射照度は照射される対象の指標であり、放射発散度は放射源の指標である。 照射された物体が反射する場合、反射率が1のとき、放射発散度は放射照度と等しくなる。 例えば、パラボラアンテナを送信機として使う場合、1次輻射器から放射されたエネルギーは一度反射器に照射され、そこから外に放射される。 放射発散度と放射照度を合わせて、放射束密度(ほうしゃそくみつど、)と呼ぶこともある。.

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放射輝度

放射輝度(ほうしゃきど、)とは、放射源の表面上の点からある方向へと放出される放射束を表す物理量である。英語名のままラディアンスとも呼ばれる。放射輝度は、放射束の立体角と放射源表面の投影面積による微分として定義される。拡散源からの放射と、拡散面からの乱反射の両方に用いられる。 SIにおける単位はワット毎平方メートル毎ステラジアン(記号: W sr m)が用いられる。.

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