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九州大学 工学府 応用化学専攻 機能物質化学系 2023年度 物理化学 2

Author

Miyake

Description

Kai

(1)

\(hc / (\lambda kT) \gg 1\) のとき

\[ \begin{aligned} e^\frac{hc}{\lambda kT} \gg 1 \end{aligned} \]

であるから、

\[ \begin{aligned} \rho (\lambda, T) &\simeq \frac{8 \pi hc}{\lambda^5} e^{- \frac{hc}{\lambda kT}} \end{aligned} \]

と表せる。

(2)

\(hc / (\lambda kT) \ll 1\) のとき

\[ \begin{aligned} e^\frac{hc}{\lambda kT} \simeq 1 + \frac{hc}{\lambda kT} \end{aligned} \]

であるから、

\[ \begin{aligned} \rho (\lambda, T) &\simeq \frac{8 \pi hc}{\lambda^5} \cdot \frac{1}{\frac{hc}{\lambda kT}} \\ &= \frac{8 \pi kT}{\lambda^4} \end{aligned} \]

と表せる。

(3)

こちら

(4)

Wien の変位則

(5)

\[ \begin{aligned} T &= \frac{hc}{5 \lambda_\mathrm{max} k} \\ &= 5.88 \times 10^3 \ \mathrm{K} \end{aligned} \]

(6)

まず、

\[ \begin{aligned} C_{V, \mathrm{m}} &= \left( \frac{\partial U_\mathrm{m}}{\partial T} \right)_V \\ &= 3N_A h \nu \frac{ - e^\frac{h \nu}{kT} \cdot \left( - \frac{h \nu}{kT^2} \right)} {\left( e^\frac{h \nu}{kT} - 1 \right)^2} \\ &= \frac{3N_A h^2 \nu^2}{kT^2} \frac{e^\frac{h \nu}{kT}}{\left( e^\frac{h \nu}{kT} - 1 \right)^2} \end{aligned} \]

である。

(i) \(kT \gg h \nu\) のとき、

\[ \begin{aligned} e^\frac{h \nu}{kT} \simeq 1 + \frac{h \nu}{kT} \end{aligned} \]

であるから、

\[ \begin{aligned} C_{V, \mathrm{m}} &\simeq \frac{3N_A h^2 \nu^2}{kT^2} \frac{e^\frac{h \nu}{kT}}{\left( \frac{h \nu}{kT} \right)^2} \\ &= 3N_Ak e^\frac{h \nu}{kT} \end{aligned} \]

と近似できる。

(ii) \(kT \ll h \nu\) のとき、

\[ \begin{aligned} e^\frac{h \nu}{kT} - 1 \simeq e^\frac{h \nu}{kT} \end{aligned} \]

であるから、

\[ \begin{aligned} C_{V, \mathrm{m}} &\simeq \frac{3N_A h^2 \nu^2}{kT^2} e^{- \frac{h \nu}{kT}} \end{aligned} \]

と近似できる。