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によってどう変化するかを表す法則です。温度が高い物体ほど短い波長(青寄り)で輝き、低い物体ほど長い波長(赤や赤外線寄り)にピークが移動します。この法則は普遍的で、恒星や白熱電球のフィラメント、惑星など、理想的な熱放射体であればあらゆる対象に当てはまります。
この計算機の使い方
物体の絶対温度をケルビン(K)で入力してください。計算機はウィーンの変位定数 \(b = 2.897 \times 10^{-3}\ \text{m}\cdot\text{K}\) をその温度で割り、放射ピーク波長 \(\lambda_{\text{max}}\) をナノメートルとメートルの両方で表示します。摂氏(℃)の場合は、まず 273.15 を加えてケルビンに換算するのを忘れないでください。
公式の解説
関係式は $$\lambda_{\text{max}} = \frac{b}{T}$$ で、\(T\) はケルビンで表した絶対温度、\(b\) はウィーンの変位定数です。\(\lambda_{\text{max}}\) は \(T\) に反比例するため、温度が2倍になるとピーク波長は半分になります。金属を熱したとき、最初は鈍い赤色に光り、続いてオレンジ、黄色、そして最終的に青みがかった白へと変化していくのはこのためです。
計算例
太陽の表面温度はおよそ 5778 K です。公式に当てはめると、$$\lambda_{\text{max}} = \frac{2.897 \times 10^{-3}}{5778} \approx 5.014 \times 10^{-7}\ \text{m} = 501.4\ \text{nm}$$ となります。これは可視光の緑〜青の領域にあたり、太陽がほぼ完全な黒体放射体であることと一致します。
よくある質問
温度の単位は何にすればよいですか? 必ずケルビンを使ってください。摂氏から換算するには 273.15 を加えます。
なぜ結果がナノメートルで表示されるのですか? 可視光や近赤外線の波長は、ナノメートル(\(1\ \text{nm} = 10^{-9}\ \text{m}\))で表すと扱いやすいためです。あわせてメートル単位の値も表示しています。
これは完全な黒体を前提としていますか? はい。実際の物体の放射は多少異なりますが、ウィーンの変位則は熱放射源を最初に見積もる近似として非常に優れています。