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1.2 Strahlung schwarzer K”rper


R = e$\displaystyle \sigma$T4   Stefan-Boltzmann-Gesetz (4)

R: abgestrahlte Leistung/Einheitsvolumen, e: Emessivit„t, T: Temperatur, $ \sigma$ = 5.67 . 10-8W/m2/K4: Stefan-Boltzmann-Konstante


$\displaystyle \lambda_{max}^{}$ . T = b   Wiensches Verschiebungsgesetz (5)

b = 2.898 . 10-3mK: Wiensche Konstante


$\displaystyle \rho$($\displaystyle \lambda$) = $\displaystyle {8\pi \over \lambda^4}$kT   Rayleigh-Jeans-Gesetz $\displaystyle \rightarrow$ UV-Katastrophe! (6)

Ergibt sich aus: Anzahl der stehenden Wellen der Wellenl„ngen $ \lambda$ bis d$ \lambda$ im Einheitsvolumen n = $ {8\pi \over \lambda^4}$ und damit $ \rho$($ \lambda$) = $ {8\pi \over \lambda^4}$ . $ \overline{E}$, wobei $ \overline{E}$ aus der Thermodynamik folgt nach der fr Mittelwerte gilt:

$\displaystyle \overline{E}$ = $\displaystyle {\int_0^{\infty} E e^{-\beta E} dE \over \int_0^{\infty} e^{-\beta E} dE}$ = - $\displaystyle {d \over d\beta}$$\displaystyle \left(\vphantom{ \log \int_0^{\infty}e^{-\beta E} dE }\right.$log$\displaystyle \int_{0}^{\infty}$e- $\scriptstyle \beta$EdE$\displaystyle \left.\vphantom{ \log \int_0^{\infty}e^{-\beta E} dE }\right)$ = kT (7)

Quantenmechanischer Ansatz nach Planck

$\displaystyle \overline{E}$ = $\displaystyle {\sum_{n=0}^{\infty} n E_0 e^{-\beta n E_0} \over
\sum_{n=0}^{\infty} e^{-\beta n E_0}}$ = - $\displaystyle {d \over d\beta}$$\displaystyle \left(\vphantom{ \log
\sum_{n=0}^{\infty}e^{-\beta n E} }\right.$log$\displaystyle \sum_{n=0}^{\infty}$e- $\scriptstyle \beta$nE$\displaystyle \left.\vphantom{ \log
\sum_{n=0}^{\infty}e^{-\beta n E} }\right)$ = $\displaystyle {E_0 \over e^{\beta E_0} -1}$ (8)

wobei E0 eine kleinste Energieeinheit darstellt fhrt auf


$\displaystyle \rho$($\displaystyle \lambda$) = $\displaystyle {8\pi \over \lambda^4}$$\displaystyle {E_0 \over e^{\beta E_0} -1}$   Plancksches Strahlungsgesetz (9)

Um das Wiensche Gesetz zu erfllen muá gelten E = h . $ \nu$. Planck geht davon aus, daá die Oszillatoren, die er fr die Elektromagnetische Strahlung verantwortlich macht nur mit diskreten Frequenzen schwingen k”nnen.


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Alexander Wagner
2000-04-15