fizika_wpori (1022634), страница 6
Текст из файла (страница 6)
за счет его внутреннейэнергии) и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимумакоторого зависит от температуры. При высокихтемпературах излучаются короткие (видимые иультрафиолетовые) электромагнитные волны, принизких – преимущественно длинные (инфракрасные). Тепловое излучение – практическиединственный тип излучения, который можетбыть равновесным.
Предположим, что нагретоетело помещено в полость, ограниченное идеальноотражающей оболочкой. С течением времени, вр-тате непрерывного обмена энергией междутелом и излучением, наступит равновесие, т.е.тело в единицу времени будет поглощать столькоже сколько и излучать.2. Магнитное вращение пл-ти поляризация(Эффект Фарадея). Оптически неактивные в-ваприобретают способность вращать пл-тьполяризации под действием магнитного поля. Этоявление наблюдается при распространении светавдоль направления намагниченности.
Поэтомудля наблюдения эффекта Фарадея в полюсныхнаконечниках электромагнита просверливаютсяотверстия, через который пропускается световойлуч. Исследуемое в-во помещается междуполюсами электромагнита. Угол поворота пл-тиϕ пропорционален пути A , проходимому светомв в-ве, и намагниченности в-ва. Намагниченностьв свою очередь пропорциональна напряженностимагнитного поля Н. Поэтому можно написать, чтоϕ = VAH , V – удельное вращение, зависит отдлины волны. Направление вращенияопределяется направлением магнитного поля. Отнаправления луча знак вращения н.з.. Поэтомуесли, отразив луч зеркалом, заставить его пройтичерез намагниченное в-во еще раз в обратномнаправлении, поворот плоскости поляризацииудвоится. Оптически активные в-ва поддействием магнитного поля приобретаютдополнительную способность вращать пл-тьполяризации, которая складывается с ихестественной способностью37.
Законы теплового излучения абсолютно черного тела (Закон СтефанаБольцмана). Тело наз-ся черным (абсолютночерным), если оно при любой температуреполностью поглощает всю энергию падающих нанего электромагнитных волн независимо от ихчастоты, поляризации (упорядочивания световогов-ра) и направления распространения.Следовательно, коэф-т поглощения абсолютночерного тела (АЧТ) тождественно равен единице.Спектральная плотность энергетическойсветимости АТЧ зависит только от частотыν излучения и термодинамической температурыТ тела. Закон Кирхгофа: Отношениеспектральной плотности энергетическойсветимости к спектральной поглощательнойспособности н.з. от природы тела; оно являетсядля всех тел универсальной ф-цией частоты.(длины волны) и температуры:Rν ,TAν ,Tследствие ф-лы Планка.
Согласно квантовойтеории Планка, атомные осцилляторы излучаютэнергию не непрерывно, а определеннымипорциями -- квантами, причем энергия вантапропорциональна частоте колебанияε 0 = hν = hc / λ , где h = 6,625 ⋅ 10−34 Дж ⋅ с -постоянная Планка. Т.к. излучение испускаетсяпорциями, то энергия осциллятора (стоячейволны) ε может принимать лишь определенныедискретные значения, кратные целому числу элтарн порций энергии ε 0 : ε = nhν (n=0,1,2,…).вытекает, что Rν ,T для черного тела равна rν ,T .Таким образом, универсальная функцияКирхгофа rν ,T есть не что иное, как спектральнаяплотность энергетической светимости черноготела. Энергетическая светимость АТЧ зависиттолько от температуры, т.е. Энергетическаясветимость АТЧ пропорциональна четвертойстепени его термодинамической температуры:oфункции Кирхгофа): rν =rλ ,T =rω ,T =2πhc 25λ=ω 32πν 2hνc2e hν / kT − 1e−11, где M λ ,T , M ω ,T --4π 2 c 2 e =ω / kT − 1спектральные плотности энергетическойсветимости ЧТ, λ -- длина волны, ω -- круговаячастота, с – скорость света в вакууме, к –постоянная Больцмана, Т – термодинамическаятемпература, h – постоянная Планка, = -постоянная Планка, дел.
на 2π =1.05 ⋅ 10−34 Дж ⋅ с . Следствие: еслиhν << kT , то e hν / kT − 1 ≈ hν / kT и из ф-лыПланка следует ф-ла Релея-Джинса:закон – закон Стефана-Больцмана. Задача отыскания вида функции Кирхгофа (выясненияспектрального состава излучения ЧТ):Экспериментыhν2πν 2=kT . В областиc 2 hν / kTc2больших частот hν >> kT и единицей в знаме42. Оптическая пирометрия. Законы45. Энергия, масса и импульс фотона.
Светиспускается, поглощается и распространяетсядискретными порциями (квантами), названнымифотонами. Энергия фотона ε 0 = hν . Его массаRe =∞∫ rν0,T dν равна энергетической светимостиRT = σT 4 исследуемого тела. В данном случаерегистрируется энергетическая светимостьисследуемого тела и по закону С.-Б.вычисляетсяего радиационная температура. T p = 4 RT / σ .Радиационная температура всегда меньшеистинной температуры тела.
2. Цветоваятемпература. Для серых тел (серое тело – тело,поглощательная способность которых меньше 1,но одинакова ля всех частот и зависит только оттемпературы, материала и состояния пов-ти тела)спектральная плотность энергетическойсветимости Rλ ,T = AT rλ ,T , где AT = const<1/.Следовательно распределение энергии в спектреизлучения серого тела такое же, как и вc2kT , где kT – средняя энергияосциллятора с собственной частотойν.1hc / λkTRэ0 = σT 4 , где σ -- постоянная Больцмана.
Этоттеплового излучения используются дляизмерения температуры раскаленных исамосветящихся тел (например, звезд). Методыизмерения высоких температур, использующиезависимость спектральной плотностиэнергетической светимости тел от температуры,называются оптической пирометрией. Приборыдля измерения температуры нагретых тел поинтенсивности их теплового излучения наз-сяпирометрами.
В зависимости от того, какой законтеплового излучения используются приизмерении температуры радиационную, цветнуюи яркостную температуры. 1. Радиационнаятемпература – это такая температура черноготела, при которой его энергетическая светимость2πν 2rν ,T =Ф-ла Планка (нахождение универсальной= rν ,T . Длячерного тела Aν ,T =1, поэтому из закона К.41.
Формула Релея-Джинса. Попыткатеоретического вывода зависимостиуниверсальной функции Кирхгофа. В данномслучае был применен закон равномерногораспределения энергии по степеням свободы.Формула Релея-Джинса для спектральнойплотности энергетической светимости имеет видrνo ≈2πν 2находится из закона взаимосвязи массы и2энергии: mγ = hν / c . Фотон – элементарнаячастица, которая всегда (в любой среде) движетсясо скоростью с и имеет массу покоя, равнуюнулю. Следовательно масса фотона отличается отмассы таких эл-тарных частиц, как электрон,протон и нейтрон, которые обладают отличной отнуля массой покоя и могут находиться всостоянии покоя.
Импульс фотона pγ получим,если в общей ф-ле теории относительностиE = m02c 4 + p 2c 2 (Е – полная энергия)положить массу покоя фотона m0γ = 0:pγ = ε 0 / c = hν / c . Следовательно, фотон, каки любая другая частица, характеризуетсяэнергией, массой и импульсом.46. Фотоэффект. Гипотеза Планка, решившаязадачу теплового излучения черного тела,получила подтверждение и дальнейшее развитиепри объяснении фотоэффекта – явление,открытие которого сыграло важную теорию встановлении квантовой теории. РазличаютДля осциллятора, совершающего колебания,средние значения кинетической и потенциальнойэнергий одинаковы, поэтому средняя степенькаждой колебательной степени свободыε = kT .
Ф-ла Р.-Д. согласуется сэкспериментальными данными только в областидостаточно малых частот и больших температур.В области больших частот она резко с нимирасходится. Если попытаться получить законСтефана-Больцмана, то получается абсурд, т.к.вычисленная с использованием ф-лы Р.-Д.энергетическая светимость черного телаRe =∫∞0rν ,T dν =2πkTc2∞∫ ν dν = ∞ , в то20время как по з. Стеф.-Больц.Re пропорциональна четвертой степенитемпературы.ehν / kT , тогда получим ф-луrνo =2πhνc2o3oпоказали, что зависимость rν ,T при разныхe − hν / kT , эта ф-ла совпадает с ф3 − a1ν / Tлой rν ,T ~ ν e, причем а1=h/kтемпературах ЧТ имеет вид см.
рис.. При разныйo2частотах rν ,T ~ ν T , а в области больших частот(правые ветви кривых вдали от максимумов),o40. Закон Вина. Опираясь на законы термо- изависимость rν ,T от частоты имеет видэлектродинамики, Вин установил зависимостьдлины волны λmax , соответствующейrνo,T ~ ν 3e − a1ν / T , где a1 -- постояннаямаксимуму функции rλ ,T , от температуры Т.величина.Согласно закону смещения Вина, λmax = b / T(где rλ ,T =cλ2rν ,T ).Т.е.
длина волны λmax , соответствующаямаксимальному значению спектральнойплотности энергетической светимости ЧТ,обратно пропорциональна еготермодинамической температуре, b—постоянная−3Вина = 2.9 ⋅ 10 м ⋅ К . Закон Вина – законсмещения т.к. он показывает смещениеположения максимума функции rλ ,T по меревозрастания температуры в область короткихдлин волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
