Отто Рихард Люммер ( нем. Otto Richard Lummer ; 17 июля 1860, Гера — 5 июля 1925, Бреслау ) — немецкий физик-экспериментатор, автор научных трудов по оптике , спектроскопии , физике теплового излучения .

Биография

Люммер учился в различных немецких университетах, и в 1884 году, после завершения работы над диссертацией, стал ассистентом Германа фон Гельмгольца в Берлинском университете . В 1887 году Люммер последовал за Гельмгольцем во вновь созданный Физико-технический институт ( ), где сначала занимал должность ассистента, с 1889 года — научного сотрудника, а в 1894 году получил титул профессора. С 1901 года Люммер также преподавал в Берлинском университете в качестве приват-доцента , а в 1904 году получил профессорскую позицию в Университете Бреслау (ныне польский Вроцлав ). В 1924 году по инициативе Люммера в Бреслау была основана радиостанция ; учёный стал её сооснователем и первым председателем правления.

Научные достижения

Оптика

В 1884 году в своей диссертации Люммер переоткрыл ( англ. ), возникающие при интерференции света в плоскопараллельных пластинках стекла и обнаруженные впервые ещё Вильгельмом Хайдингером . В 1901 году Люммер использовал идею интерференции световых лучей, многократно отражающихся внутри плоскопараллельной пластинки, для создания спектрометра высокой разрешающей способности. В следующем году Эрнст Герке добавил к прибору входную призму для уменьшения потерь излучения. Усовершенствованное таким образом устройство называют ( англ. ).

Перед сотрудниками Физико-технического института с момента его основания стояла задача создания стандартов для определения освещенности и других фотометрических величин. Для решения этой задачи был создан ряд новых приборов. В 1889 году Люммер вместе с ( англ. ) изобрел фотометрический куб, известный также как фотометр Люммера — Бродхуна ; по чувствительности этот прибор более чем в два раза превосходил стандартный для того времени апертурный фотометр, изобретённый Робертом Бунзеном . В 1892 году вместе с Фердинандом Курльбаумом Люммер усовершенствовал схему болометра , предложенную Сэмюэлом Лэнгли , и добился не только повышения его чувствительности (изменения температуры порядка 10 ⁻⁷ °C) и скорости работы (инерционность порядка 8 с), но и возможности проводить сравнение двух источников излучения, одновременно освещающих прибор с двух сторон. Для создания такого устройства («болометр большой площади») была разработана оригинальная технология создания тонких зачернённых платиновых проволочек, которая использовалась и для реализации так называемого линейного болометра в 1899 году. Эти болометры, а также спектроболометр, представлявший собой модификацию спектрометра для работы в инфракрасном диапазоне , использовались в последующих измерениях интенсивности излучения в спектре чёрного тела.

В 1902 году Люммер создал производство ламп на парах ртути как источников монохроматического света .

Излучение чёрного тела

В 1895 году совместно с Вильгельмом Вином Люммер предложил метод реализации абсолютно черного тела с помощью очерненной полости с небольшим отверстием; выходящее из этой полости, нагретой до определенной температуры, излучение и является искомым равновесным тепловым излучением. В следующем году Люммер подробно обосновал этот метод, отметив, что использовавшиеся ранее излучатели (например, зачерненные металлические пластинки) не были достаточно чёрными и не могли обеспечить точность определения свойств чёрного тела. Помимо интереса к фундаментальным физическим законам, мотивацией для создания искусственного абсолютно черного тела была необходимость в стандарте абсолютной интенсивности излучения . В 1897/98 году Люммер при помощи своего сотрудника Эрнста Прингсгейма завершил практическую реализацию черного тела: оно представляло собой сферическую или цилиндрическую металлическую полость (использовались железо и медь), которая с внутренней стороны покрывалась сажей или оксидом урана; для стабилизации температуры полость помещалась в различные жидкости (жидкий воздух, кипящую воду, горячую селитру и так далее) или в глиняную печь. Этот метод позволил получить равновесное излучение в диапазоне температур от -188° до +1200 °C. Таким образом, прогресс в экспериментальной технике позволил исследователям приступить к надежным измерениям характеристик чёрного тела. В 1897 году Люммер и Прингсгейм проверили закон Стефана — Больцмана , а позже нашли численное значение константы, равной произведению длины волны, соответствующей максимуму спектра, и температуры, и, следовательно, подтвердили закон смещения Вина . Для достижения ещё бо́льших температур в 1898 году они разработали черное тело с электрическим нагревом: зачерненная внутри фарфоровая полость помещалась в платиновый цилиндр, к которому подводились электрические контакты; эта система изолировалась от внешних влияний несколькими слоями жаростойкого материала. С помощью этой схемы экспериментаторы смогли поднять температуру черного тела до 1500 °C, а в 1903 году довели её до 2100 °C, использовав вместо платины графитовую трубку, помещенную в газовую атмосферу. Этот дизайн абсолютно черного тела до сих пор используется в экспериментальных исследованиях.

3 февраля 1899 года на заседании Немецкого физического общества Люммер и Прингсгейм представили первые результаты своих измерений распределения энергии в спектре абсолютного черного тела (в диапазоне длин волн от 0.2 до 6 мкм и при температурах 800—1400°С). В целом их данные согласовались с законом излучения Вина, выведенным теоретически в 1896 году. В последующие месяцы экспериментаторы усовершенствовали свои методики с целью расширения измерений в длинноволновую область. 3 ноября 1899 года Люммер доложил о наличии систематических отклонений эксперимента от теории, однако ситуация оставалась неясной, поскольку измерения, проведенные примерно в то же время Фридрихом Пашеном , не обнаружили никаких отклонений от закона Вина. На заседании 2 февраля 1900 года Прингсгейм представил новые результаты своих с Люммером измерений, подтверждавшие наличие отклонений от закона Вина, особенно в длинноволновой области (их опыты охватывали длины волн до 18 мкм). Таким образом, справедливость закона излучения Вина была поставлена под сомнение. Вскоре Люммер вместе с ( нем. ) предложили обобщение этого закона, так что в области длинных волн интенсивность теплового излучения становилась пропорциональной температуре. Это было экспериментально подтверждено Генрихом Рубенсом и Курльбаумом, которые измерили спектр черного тела вплоть до длины волны 51.2 мкм. Эти фундаментальные исследования распределения энергии в спектре абсолютно черного тела создали предпосылки для вывода Максом Планком своей знаменитой формулы и создания в дальнейшем квантовой теории теплового излучения.

Основные сочинения

• Lummer O. // Annalen der Physik . — 1884. — Bd. 259 (23). — S. 49—84.
• Lummer O., Brodhun E. Photometrische Untersuchungen // Zeitschrift für Instrumentenkunde. — 1889. — Bd. 9. — S. 41—50, 461—465.
• Lummer O., Kurlbaum F. // Annalen der Physik. — 1892. — Bd. 282 (46). — S. 204—224.
• Wien W., Lummer O. // Annalen der Physik. — 1895. — Bd. 292 (56). — S. 451—456.
• Lummer O., Pringsheim E. // Annalen der Physik. — 1897. — Bd. 299 (63). — S. 395—410.
• Lummer O., Pringsheim E. Die Verteilung der Energie im Spektrum des schwarzen Körpers // Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. — 1899. — Bd. 1. — S. 23—41.
• Lummer O., Pringsheim E. Über die Strahlung des schwarzen Körpers für lange Wellen // Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. — 1900. — Bd. 2. — S. 163—180.
• Lummer O., Jahnke E. // Annalen der Physik. — 1900. — Bd. 308 (3). — S. 283—297.
• Lummer O., Gehrcke E. // Annalen der Physik. — 1903. — Bd. 315 (10). — S. 457—477.
• Lummer O., Reiche F. Die Lehre von der Bildentstehung im Mikroskop von Ernst Abbe. — Braunschweig, 1910.
• Lummer O. Grundlagen, Ziele und Grenzen der Leuchttechnik. — München, 1918.
• Eucken A. (Hrsg.), Lummer O. (Hrsg.), Waetzmann E. (Hrsg.). Müller-Pouillets Lehrbuch der Physik (11. Auflage). Zweiter Band: Lehre von der strahlenden Energie (Optik). — Braunschweig: Vieweg, 1926.

Примечания

Литература

• Hermann A. Otto Richard Lummer // Dictionary of Scientific Biography. — New York: Charles Sribner's Sons, 1973. — Vol. 8. — P. 551—552.
• Храмов Ю. А. Люммер Отто Ричард (Lummer Otto Richard) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера . — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука , 1983. — С. 173. — 400 с. — 200 000 экз.
• Джеммер М. Эволюция понятий квантовой механики. — М. : Наука, 1985.
• Mehra J. Max Planck and the law of blackbody radiation // Mehra J. The golden age of theoretical physics. — 2001. — P. 34—37.
• Hoffmann D. // Centaurus. — 2001. — Vol. 43. — P. 240—259.
• Huebener R. P., Lübbig H. // A Focus Of Discoveries. — World Scientific, 2008. — P. 47—60.

Ссылки

• (англ.) . Ученики Отто Люммера . North Dakota State University. Дата обращения: 27 августа 2012. 29 октября 2012 года.