Năm 1859, sau khi tiến hành hàng loạt thí nghiệm xác định phổ của vật đen, Gustav Kirchhoff (1824 – 1887) đã đưa ra định luật về năng suất bức xạ của vật đen
11 © Copyright https://www.studyblue.com.
38
như sau: tất cả các vật đen đều có cùng một năng suất bức xạ đơn sắc. Năng suất bức xạ đơn sắc của chúng là một hàm số chỉ phụ thuộcvào bước sóng và nhiệt độ
( )
1 2 ... ,
rλ =rλ = = r λ T . (2.1)
Vì vậy, khi đo phổ của vật đen, ta chỉ cần nghiên cứu trên một vật đen cụ thể và kết quả thu được sẽ áp dụng được cho tất cả các vật đen khác [17].
Để thu được quang phổ của vật đen, người ta đã bố trí thí nghiệm như Hình 2.3. Thí nghiệm được thực hiện như sau: đặt một vật đen vào một lò nung và giữ ở một nhiệt độ T xác định. Cho chùm ánh sáng do vật đen đó phát ra chiếu vào khe của một máy quang phổ, sau đó cho đi qua một pin nhiệt điện nhạy để đo cường độ bức xạ đơn sắc của vật đen[5].
Hình 2.3Mô hình đo quang phổ vật đen12
.
Khi nghiên cứu bằng thực nghiệm về sự bức xạ của vật đen, người ta thu được phổ phân bố cường độ bức xạ của vật đen có dạng như Hình 2.4.
12[5].
39
Hình 2.4Phổ phân bố cường độ bức xạ của vật đen13
.
Xuất phát từ thực nghiệm các nhà vật lý đã rút ra được các kết quả sau đây: 1. Năm 1893, Wien đưa ra định luật dịch chuyển Wien: bước sóng ứng với cực đại của cường độ bức xạ đơn sắc của vật đen tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối T
của vật 2897 . max m K T = µ λ . (2.2)
Theo định luật này, ở nhiệt độ càng cao thì cực đại của năng suất phát xạ đơn sắc càng dịch chuyển về phía bước sóng ngắn.
Ngoài ra, như đã đề cập ở mục 1.1, Wien đưa ra định luật về phân bố cường độ bức xạ đơn sắc của vật đen (1.1). Công thức (1.1) thực chất là một xấp xỉ mà Wien đưa ra từ thực nghiệm.
13 © Copyright http://en.allexperts.com.
40
2. Năm 1894, Josef Stefan (1835 – 1893) và Ludwig Boltzmann (1844 – 1906) đưa ra định luật Stefan – Boltzmann: cường độ bức xạcủa vật đen tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối T của vật
( ) 4
I T =σT . (2.3)
Theo định luật này, ở nhiệt độ càng cao thì vật phát xạ càng mạnh[5].
Năm 1898, trong luận văn thạc sĩ của mình, Hermann Beckmann (chưa rõ năm sinh – năm mất) đã khảo sát sự thay đổi của cường độ bức xạ đơn sắc ở miền hồng ngoại theo nhiệt độ và nhận thấy phân bố mà Wien đưa ra là không chính xác. Sau đó, Heinrich Rubens (1865 – 1922) và Ferdinand Kurlbaum (1857 – 1927) đã xác nhận kết quả của Beckmann là chính xác. Đồng thời, họ cũng gợi ý cho Planck rằng có thể lý thuyết của Wien chỉ đúng trong miền tử ngoại và lý thuyết của Rayleigh – Jeans chỉ đúng trong miền hồng ngoại, có thể hai lý thuyết trên là xấp xỉ của một lý thuyết nào đó chính xác hơn.Chính từ những thành tựu thực nghiệm đó, Planck đã đưa ra ý tưởng lượng tử năng lượng, mở đầu cho sự hình thành Cơ học lượng tử.