ウィーンの変位則とは?
ウィーンの変位則は、黒体が最も強く放射する波長が温度の変化に応じてどのようにずれるかを表す法則です。高温の物体ほど短い波長(青や紫外線側)で輝き、低温の物体ほど長い波長(赤や赤外線側)にピークを持ちます。この法則によれば、ピーク波長は絶対温度に反比例します。つまり温度が上がるほど、ピーク波長は短くなるのです。
計算式
ピーク波長は次の式で求められます。
$$\lambda_{\max} = \frac{b}{T}$$
ここで T はケルビン(K)で表した絶対温度、b はウィーンの変位定数で、\(2.897771955 \times 10^{-3}\ \text{m}\cdot\text{K}\) に等しい値です。計算結果 \(\lambda_{\max}\) はメートル単位で得られますが、本計算機では使いやすいようにナノメートル(nm)やマイクロメートル(µm)にも換算して表示します。
計算機の使い方
物体の絶対温度をケルビンで入力し、「計算」を押してください。摂氏(℃)から換算する場合は273.15を加えます。華氏(℉)からの場合は \(K = (\text{℉} - 32) \times \frac{5}{9} + 273.15\) で求められます。計算機はピーク放射波長をナノメートル・マイクロメートル・メートルの単位で返します。
計算例
太陽の光球の有効温度はおよそ5778 Kです。この法則を当てはめると、$$\lambda_{\max} = \frac{2.897771955 \times 10^{-3}}{5778} \approx 5.015 \times 10^{-7}\ \text{m} = 501.5\ \text{nm}$$ となります。これは可視光の緑色の領域に当たり、太陽の放射が可視光でピークを迎える理由でもあります。地球上の生命がこの波長帯を見えるように進化したのも、ここに大きな理由があるのです。
よくある質問
なぜ温度はケルビンでなければならないのですか? ウィーンの法則は絶対温度を用いるため、温度は絶対零度を基準に測った値でなければなりません。摂氏や華氏のまま計算すると、誤った結果になります。
どんな物体にも使えますか? この法則は理想的な黒体に対して成り立ちますが、恒星や加熱した金属など、熱放射を行う物体に対しても良い近似を与えます。
ウィーンの変位定数とは何ですか? これは一定の物理定数で、\(b \approx 2.897771955 \times 10^{-3}\ \text{m}\cdot\text{K}\) です。プランクの放射則のピークから導かれます。