2.普朗克对黑体辐射公式的探索
普朗克首先确立组成黑体壁振子的平均能量与辐射密度之间的关系。他利用热力学原理得到:
他也考虑到了振子的平均熵的问题,并且揭示出这个熵遵从方程
如果我们希望得到由维恩提出的关于u(v,T)的表示式
(该式似乎有实验基础),可使用方程式(1)、(2)和(3),我们能推得下式:
对方程式(4)求二阶导数,得
我们是通过方程式(1)和(2),从方程式(3)解出1/T而得到方程式(4)和(5)的。
另一方面,如果我们想要得到瑞利-琼斯公式,我们可设<E>=kT,则
实验表明,没有一个公式正确;但是,各个公式各自表示了一种局限的情况。我们要用一种内插法来解决,即对于<E>≫kβv时与方程式(7)一致,<E>≪kβv时则与方程式(5)一致。然后,再用有适当限定值的内插公式探求d2S/d<E>2,
假定这个公式是正确的,对此式求d<E>的积分,得到:
在此,我们使用了边界条件:T→∞时<E>也趋无限。至此,我们可以解出方程式(9)中的<E>,并把结果代入方程式(1),再令h/k=β,得到:
把方程式(10)代入(1),则得到了: