Planck yasası

Giriş

Her fiziksel cisim kendiliğinden ve devamlı olarak elektromanyetik radyasyon yayar. Termodinamik denge durumu yakınındayken yayılan radyasyon da Planck yasasıyla ifade edilebilir. Sıcaklığa bağımlılığı sebebiyle Planck radyasyonuna termal diyebilmek mümkündür. Bir cismin sıcaklığı yükseldikçe her dalgaboyunda daha çok radyasyon yayar. Planck radyasyonu maksimum şiddetine sıcaklığına bağlı olarak özel bir dalga boyunda ulaşır. Örnek verecek olursak, oda sıcaklığında (~300 K) bulunan bir cisim genellikle kızılötesi veya görülemeyen dalga boyunda termal radyasyon yayarlar. Sıcaklık arttıkça kızılötesi radyasyon miktarı artarken aynı zamanda ısı olarak hissedilebilir ve cisim görülebilir bir şekilde kırmızı bir parıltı yayar. Daha yüksek sıcaklıklarda bir cisim göz kamaştırıcı şekilde sarı ya da mavi-beyaz parıldayabilir ve yüksek miktarda ultraviyole ve x-ray dalga boylarını bile içine alan kısa dalga boylarında radyasyon yayar. Güneş'in yüzeyi (~6000 K) yüksek miktarda hem kızılötesi hem de ultraviyole ışık yayar ve bu yayılımlar görülebilir spektrumda maksimum değerine ulaşılar. 
Fiziksel medyumun içerisinde radyasyon madde tarafından emilebilir ve yayılabilir. Bu durum enerjinin ısı olarak transfer edilmesine aracı olabilir ve maddenin iç enerjini değiştirebilir. Ayrıca farklı durumlarda bulunan moleküllerin sayısını da değiştirebilir.
Termal denge durumunda en yüksek miktardaki  radyasyon olan Planck radyasyonu herhangi bir cismin kimyasal bilişimi ya da yüzey yapısı nasıl olursa olsun yüzeyden yayılan radyasyondur. Radyasyonun medya arasındaki bir ara yüzeyi boyunca radyasyon geçişi arayüz emisyonu ile karakterize edilebilir. Geçen radyasyonun radyansı Planck radyansına bölünerek bulunur. Bu da genellikle radyasyonun kimyasal bileşimine, fiziksel yapısına, sıcaklığına, dalgaboyuna, faz açısına ve polarizasyona bağlı olarak değişir. Bir ara yüzeyin radyasyonunun yayılabilirliği ayrıca onun transmitansı ya da absorbansı olarak bilinir. Doğal bir ara yüzeyin bu yayılabilirliği daima sıfır ile bir arasındadır. Bir ara yüzeyin yayılabilirliğinin ve yansıtabilirliğinin toplamı bire eşittir. Yani mükemmel bir yansıtma özelliğine sahip bir ara yüzeyin yayılabilirliği sıfırken, yansıtabilirliği birdir. Mükemmel olarak yayılabilme özelliğine sahip ara yüzeyler içinse yansıtabilirlik sıfırken yayılabilirlik bire eşittir. 
Yayılabilirliği bir olan başka bir medyum ile arayüzeyi olan ve bütün radyasyonu kendi içine absorbe eden cisimler kara cisim olarak adlandırılabilir. Kara bir cismin yüzeyi, herhangi bir dalga boyunda mükemmel olarak yansıtamayan bir katı ve opak duvar ile birlikte sıcaklığı sabit kalan büyük bir duvarla çevrelenmiş bir duvardaki küçük bir delik olarak modellenebilir. Denge durumundayken bu duvarın içindeki radyasyon Planck yasası ile izlenebilir. Bu radyasyon delikten dik bir açıyla yayınlan radyasyon olarak iyi örneklendirilmiştir.
Tıpkı Maxwell-Boltzmann dağılımı gibi belirli bir sıcaklıktaki termodinamik denge durumunda birçok korunmuş masif parçacık için özel bir maksimum entropi enerji dağılımı vardır ve sıfır kütleye sahip korunmayan bu fotonların gazı bir Planck dağılımıdır. Kütlelerin ve kaç tane parçacık bulunduğunun bir rol oynadığı gaz materyalinin aksine, spektral radyans, denge durumundaki bir foton gazının enerji yoğunluğu ve basıncı tamamıyla sıcaklığa göre karar verilir. Eğer foton gazı başlangıçta Planckian değilse termodinamiğin ikinci yasasına göre fotonlar ve diğer parçacıklar arasında ya da fotonların kendi arasındaki etkileşimi bile Planck dağılımını değiştirmek ve yaklaşmak için foton enerji dağılımına sebep olabilirler. Termodinamik dengedeki fotonlara böyle bir yaklaşım muhtemel denge durumundaki bir sıcaklıkta bulunan, doğru sayıda ve doğru enerjide saptanan Planck dağılımındaki boşlukları doldurmak için oluşturulabilir ya da imha edilebilirler.