Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Солнечный спектр с фраунгофероиыми линиями поглоецения не случайны и всегда присутствуют в спектре Солнца на строго определенных местах (рис. 328). Линии эти, получившие название фраунгоферовых, не имели удовлетворительного объяснения вплоть до открытия закона Кирхгофа.
Согласно этому закону линии Фраунгофера не что иное, как линии поглощении паров различных металлов, расположенных между источником сплошного спектра (яркой поверхностью Солнца, называемой фотпосферой) и спектральным прибором. Парй эти составляют атмосферу Солнца, менее плотную и менее горячую, чем область фотосферы. Таким образом, спектр Солнца дает сведения о с не кт р е п ог л о ще н и я этих паров. Пользуясь законом Кирхгофа и сравнивая положение линий Фраунгофера с линиями испускания различных элементов, можно было установить, какие элементы входят в 4)6 состав поглощающих паров.
Таким образом, удалось установить состав атмосферы, окружающей Солнце, а следовательно, и наличие ряда элементов, входящих в состав Солнца. Необходимо отметить, что спектральный анализ по спектрам поглощения паров имеет для астрономии не меньшее значение, чем анализ по спектрам испускания, ибо позволяет анализировать состав тел, испускающих с п л о шн о й спектр, но окруженных атмосферой из паров элементов.
й 179. Излучение накаленных тел. Абсолютно черное тело. Сформулированный в предыдущем параграфе закон Кирхгофа представляет частный случай более общего закона Кирхгофа, согласно которому испускательная способность нагретых пггл пропорииональна их поглои1ательнойспособности при той же температуре. Так, например, нагрев до одной и той же температуры пластинки металла, окрашен.ные белой и черной краской, мы обнаружим, что черная пластинка излучает с каждого квадратного сантиметра больше, чем белая. В удобной форме этот опыт можно выполнить, налив горячую воду в жестяный куб, одни грани которого окрашены в черный, а другие в белый цвет. Различие в излучении можно установить, приближая к этим граням руку илн щеку, илн используя какой-нибудь более удобный приемник тепла, например газовый термометр (см. том 1, ~ 235).
Сделав резервуар этого термометра в виде плоской коробки, одна поверхность которой выкрашена в черный, а другая в белый цвет, мы может на том же приборе убедиться, что черная поверхность лучше поглощает излучение, чем белая. Проверка закона Кирхгофа в описанных выше опытах относится и суммарному излучению, представляющему совокупность всевозможных длин волн. Более тонкими опытами можно убедиться в справедливости этого закона и для узких спектральных участков. Опыты показывают, что раскаленное тело и с п у с к а е т лишь волны такой длины, какой оно способно при той же температуре п о г л о щ а т ь.
Простой опыт с газовой горелкой может качественно иллюстрировать этот закон. «Бесцветное» пламя газовой горелки потому и является бесцветным, слабо светящимся, что вещества, сильно нагретые в этом пламени (пар воды, окись углерода СО, углекислота СО,), очень слабо поглощакт, а потому и слабо испускают видимые лучи света. 14 Элеыеитариыа учебки« Фиалки, т.
1П 417 Но если в бесцветное пламя внести крупинку поваренной соли (хлористого натрия )х)аС!), то пламя сразу становится ярко-желтым, ибо в нем появляется нагретый пар натрия, хорошо поглощающий и в связи с этим хорошо испускающий волны, соответствующие желтому цвету. Вводя в бесцветное пламя горелки различные другие элементы, мы можем наблюдать окрашивание его в тот или иной цвет, в соответствии с законом Кирхгофа. Уменьшив доступ воздуха в горелку, мы получим я р к о е пламя, ибо при этом углерод, входящий в состав светильного газа, не успеет полностью окислиться, а останется в виде тонких пылинок угля, хорошо поглощающего, а потому и хорошо испускающего в с е ц о з м о ж и ы е длины волн, которые в совокупности дают белый свет.
Указанне, что нспускательная н поглощательнгя способности должны относиться к одной и шой жг аеллераауре, очень важно, нбо способ. ность вещества поглощать н нспускать может сильно зависеть от темпе. ратуры. Так, палочка плавленого кварца совершенно б е с ц в е т н а н, следовательно, не поглощает видимых лучей. Казалось бы на освованнн закона Кнрхгофа, что зта палочка не может испускать внднмый свет, как бы сильно мы ее нн нагревали. Однако опыт показывает, что прн температуре около 1500'О палочка плавленого кварца ярко светятся, не уступая раскаленной добела платиновой проволоке.
Прнчнна лежит, конечно, не в нарушении закона Кнрхгофа, а в том, что плавленый кварц прн температуре около 1500 'С поглощает видимый свет почта так же хо. роше, как н металл, т. е. практически совсем непрозрачен для внднмых лучей, тогда как прн комнатной температуре он вполне прозрачен. Так как согласно закону Кирхгофа непускание нагретых тел пропорционально их поглощательной способности, то наибольшим испусканием при данной температуре будет обладать тело, которое имеет максимальный коэффициент поглощения. Согласно Я 76 и !66 максимальное значение коэффициента поглощения равно единице.
В этом случае тело полностио поглощает все падающее иа него излучение. Если коэффициент поглощения равен единице для всех длин полк, то такое тело называют абсолютно черним телом. Абсолютно черное тело излучает в любой области спектра больше энергии, чем всякое другое тело, имеющее ту же температуру. Для довольно большой области спектра — от инфракрасного до ультрафиолетового излучения свойствами абсолютно черного тела обладает поверхность, покрыл ая слоем копоти, а еще лучше полость, закопченная изнутри и имеющая небольшое отверстие (ср.
8 )70). й 160. Зависимость излучения накаленных тел от температуры. Лампы накаливания. Излучение накаленных тел очень сильно зависит от их температуры. Включив лампочку 418 накаливания в сеть последовательно с реостатом н регулируя силу тока, можно постепенно повышать температуру накаливающейся нити. Мы замечаем при этом, что яркость нити быстро возрастает с температурой. Кроме того, отчетливо заметно и з м е н е н и е цвет а накаливаю- щейся нити: из темно-красной она постепенно делается ярко-белой.
Отсюда следует, что с повышением температуры быстро возрастает в излучении нити доля коротких волн. Тщательное исследование показывает, что большая часть энергии, излучаемой лампой накаливания, приходится на долю невидимых инфракрасных лучей. С повышением температуры общая излучаемая энергия заметно увеличивается, но наиболее быстро нарастает интенсивность видимых лучей. так что и доля их в общем излучении быстро возрастает. Так, например, при повышении температуры платиновой нити от 1000 до 1100'С общая излучаемая энергия возрастает в 1,5 раза, а энергия, приходящаяся на д о л ю зеленых лучей, увеличивается в 20 раз.
Из сказанного ясно, что повышение температуры нити крайне выгодно при использовании лампочки в качестве источника света, ибо при этом энергия, излучаемая в форме видимого света, растет гораздо быстрее, чем общая затрачиваемая энергия. Отношение энергии, приходящейся на видимое излучение, ко всей энергии, затрачиваемой на нагрев, называют коэ44иииентом полезного действия (к. п.
д.) или коэ44ициентом экономичности лампы, Следующая таблица показывает, как зависит к. и. д. ((е) от термодинамической температуры Т абсолютно черного тела. 2000 2250 2500 3000 2750 т, к 3500 около 5 2,4 0,85 0,4 1,8 йу % Из этой таблицы следует, что к. п. д. лампы, вообще говоря, невелик, но быстро возрастает с повышением температуры. Важным прогрессом в производстве ламп накаливанйя ') был переход от угольных нитей, которые нельзя было нагревать свыше 2100 К, к лампам с нитями из вольфрама, «) Лампы с металлической нитью (из вольфрама, молибдена и др.) были впервые предложены и запатентованы в ) 890 г. А.
Н. Ладыгиным (!847 — 1923), изобретшим в 1873 г. электрическую лампу накаливания (см, том. 11, $ 62). 14» 4)9 которые можно накаливать без быстрого разрушения до 2500 К. Наполнение колб ламп накаливания азотом или аргоном препятствует быстрому распылению нити и поэзо. ляет использовать вольфрамовые нити при температуре око. ло 3000 К (газонаполненные лампы), Когда оборвавшаяся нить случайно спанвается при сотрясении, то нередко бросается в глаза резкое возрастание яркости и более белый свет лампы. Причина лежит в том, что при этом нить укорачивается, ее сопротивление падает, усиливается идущий через нее ток, повышается температура и увеличивается к. п.
д. Лампа становится экономичней, но через короткое время такого ненормального режима нить разрушается. В настоящее время применяются лампы, в которых наряду с азотом или криптоном введен пар иода, заметно уменьшающий испарение металла раскаленной нити и допускающий повышение температуры накала лампы. $181. Оптическая пярометрия. Сплошные спектры испускания накаленных тел сравнительно мало отличаются друг от друга и поэтому мало пригодны для распознавания природы тел. Однако изучение р а с. адяаать йоо $ $ $ ъчоо~ с~~ и сь сьо$сь ~~со Ч «ь„о со со Ю ьз ,ч о.
о а сь с ее о'о™" ьь ьр ьГ с Г кр нр ьо Рис. 329. График распределения знергии в спектре излучения абсолютно черного тела при различных температурах: по оси ординат отложена интенсивность излучения, по оси абсцисс — длина волны п ре де лен и я з не р г и и в спектре раскаленного тела приводит к важным заключениям. Это распределение для различных тел довольно близко по своему характеру. Ограничимся рассмотрением излучения раскаленного угля.
420 Рнс. 329 дает представление о распределении энергии в спектре угля и об изменении распределения с температурой. Кривые показывают, что излучение охватывает не только видимую, но и инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра, причем максимум излучаемой энергии лля большей части температур, указанных на рисунке, приходится на долю инфракрасных лучей. Область, относящаяся к видимому свечению, заштрихована. Иэ рнс. 329 видно, что эта область составляет малую часть всего излучения. По мере повышения температуры растет общая излучаемая энергия (кривая становится выше) и заметно увеличивается доля видимого излучения, что соответствует сказанному в б!80.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
