Afleiding van de stralingswet van Planck
De energiedichtheid U
De spectrale verdeling van de energiedichtheid van het stralingsveld voor zwarte lichamen als functie van de frequentie is:
Deze wordt geïntegreerd over alle frequenties om de spectraal geïntegreerde energiedichtheid :
,
wat betekent:
De integratie wordt duidelijker door een nieuwe variabele te introduceren:
Met de vervangers
and
men heeft:
De integraal kan niet elementair worden opgelost. Het wordt:
...voor wiskundigen ↓ ↑
In de functietheorie is aangetoond dat dit voortvloeit uit de
Riemann zetafunctie
en de gammafunctie
met het argument
.
Zie bijvoorbeeld I.S. Gradshteyn & I.M. Ryzhik, Table of Integrals, Series and Products (Academic Press),
in paragraaf 3.4.1.1, vergelijking 1:
met de Riemann zetafunctie
en de gammafunctie
In het bijzonder:
en
Hieruit volgt het volgende:
Vergelijkingen ↓ ↑
Mathematische vergelijkingen worden getoond met behulp van de
Mathematical
Markup Language (MathML), die wordt ondersteund door Mozilla Firefox
en Safari. Dit is mogelijk niet beschikbaar voor andere browsers.
De specifieke emissie M
De relatie van energie en specifieke emissie van een isotroop stralingsveld (wat betekent dat geen enkele voortplantingsrichting de voorkeur heeft) luidt:
Dit volgt voor de specifieke emissie van een zwart lichaam:
Met ,
en
verkrijgt men de constante van Stefan-Boltzmann:
De radiantie L
De relatie van energiedichtheid en radiantie van een isotroop stralingsveld luidt:
Hierbij wordt: