Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 125

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 125)

С возрастанием те.чпературы зсе ординаты возрастают, но не е одина- козой пропорции: ординаты е более преломляемой части спектра возрастают гораздо быстрее, чем е менее преломляемой. 3. Следствием этого язляется передеиясение Максимальной ординаты к более преломляемому концу спектра...ь Вид кривых Михельсона приведен на рис. 32. Таким образом, Михельсон получил правильную в общих чертах качественную картину распределения энергии в спектре испус- 455 кания, а именно: энергия распределяется по длинам волн неравномерно, причем максимум энергии приходится на определенную длину волны. Этот максимум смещается по длинам волн с повышением температуры к более преломляемому концу спектра, т. е.

в сторону более коротких длин волн. Как указал А. С. Предводитев лев, Михельсон в самом начале Я допустил ошибку, предположив ! неверной связь между скоростью движения молекул и периодом излучения. Если бы он вместо облрийвв Аенглея ратно пропорциональной зависи- мости предположил, что период / ь Х)ийь'е 'Уигсльсенй обратно пропорционален квадраl ту скорости, то «в этом случае он значительно приблизился бы к идеям Планке и получил бы закон смещения в той форме, как он был позже найден Вином. Рис. 32. Сравнение кривых Ланг- Если бы В.

А. Михельсон не сделал лея и Михельсона ошибки в установлении связи периода излучения с тепловой скоростью молекул или атомов вещества, а воспользовался бы своим предположением, что кратны между собой моменты количества движения, то формула после суличирования по кратным периодам иерешла бы в формулу Планка»". Рассмотрим основные работы Вина в. хронологическом порядке. В 1893 г, он опубликовал одну из своих важнейших работ «Некоторая новая связь излучения черных тел со вторым началом термодинамики>", которая по своему значению и влиянию на последуюшее развитие теории теплового излучения может быть поставлена наравне с основополагающей работой Кирхгофа.

Вин прежде всего отмечает, что понятие энтропии и температуры законно распространить и на тепловое излучение и, следовательно, равновесное излучение можно исследовать термодинамическими методами. В этом отношении он принял, точку зрения Голицына и пошел дальше Стефана и Больцмана, которые, как мы видели, полагали, что можно говорить лишь о температуре тела, находящегося в равновесии с излучением. Приписывать же температуру самому излучению, по их мнению, не имело смысла. Далее Вин говорит, что законом Стефана — Больцмана не ис- Вин Вильгельм 11864 †19) Немецкий физик.

Родился в Восточной Пруссии, математику и физику изучал в Геттингене, Берлине и Гейдельберге. С !892 г. — профессор Высшей технической школы в Аахене, затем в Вюртцбурге и Мюнхене. Лауеат Нобелевской премии по физике 1911 г. историю термодинамики вошел как автор классических работ ио теории теплового излучения. 486 черпываются выводы, которые можно получить, применив термодинамику к тепловому излучению.

Внн ставит перед собой задачу «установить те изменения, которьге испытывают отдельные, имеющиеся в данном излучении цвета при изменпнии температуры». Здесь следует отметить, что Вин, так же как и Кирхгоф, в своих работах по обоснованию законов теплового излучения пользуется мысленным экспериментом — методом теоретического исследования, который играл вообще в термодинамике большую роль, начиная с основополагающей работы Сади Карно. Вин рассматривает идеальный круговой процесс, осуществляемый с помощью подвижного идеального отражающего зеркала. Черное излучение находится в цилиндре с идеально отражающими стенками и подвижным поршнем с такой же идеально отражающей поверхностью.

Предполагая статистическую независимость электромагнитных волн в излучении, находящемся в цилиндре, и бесконечно малую скорость перемещения поршня (условие, необходимое для обратимости процесса), а также используя принцип Доплера, Вин находит закон распределения энергии по длинам волн в спектре черного излучения и устанавливает факт смешения длины волны, несущей максимум энергии, в сторону коротких волн при повышении температуры. Вин приходит к выводу: «На основании второго начала термодинамики мы можем сделать вывод, что спектральное распределение лучистой энергии, измененное сжатием обаема, ограниченного окружагощими стенками, будет таким же, как если бы соответствующее увеличение плотности лучистой энергии было достигнуто повышением температуры,.

В нормальном спектре испускания черного тела каждая длина волны сдвигается с изменением температуры пгк, что произведение температуры и длины волны остается настоянным»'з. Вин приводит также кривую распределения энергии по длинам волн в спектре испускания черного тела. Таким образом, согласно Вину, если Т вЂ” абсолютная температура, Л „— длина волны, несущая максимум энергии, то имеет место закой Л „Т=Ь. При этом, как показал Вин, плотность лучистой энергии должна быть обратно пропорциональна пятой степени Л, т. е.

Ех =Л з)(ЛТ), где 1(ЛТ) — неизвестная функция. Вин нашел верный закон р а с предел е н и я энергии и установил правильный з а к о н с м е щ е н и я, который М. Лауэ назвал «великим открьлтием, недостаточно оцененным в современньсх учебниках» зз. В своей нобелевской речи (1! декабря 1911 г.), произнесенной в Стокгольме, вспоминая этот период своей деятельности в области теории излучения, Вин говорил: 'з Пред в одителев А. С. О научных трудах Михельсона (см. (8)). " Смл 8игЬег. б. Вег1. А)гав., 1893, Вб. 19. з' 811 х Ь е г.

б. Вег1. А1саб., 1893, Вб. 19. " Л а уз М. История физики. М., 1956, с. 148. 457 «Обращаясь, согласно обычаю, сначала к своим собственным работам, я должен сказать, что имел счастье найти на поле общей термодина.наческой теории не всю еще жатву собранной. Пользуясь известными физическими законами, я мог вывести общий закон теории лучеиспускания, который под названием закона смещения встретил признание у всех физиков» 'ь. Надо сказать, что своим первоначальным выводом закона смешения Вин не был удовлетворен. В 1894 г. в работе «Температура и энтропия излучения» т' он вновь возвратился к этому закону и устранил некоторые недостатки первого вывода.

В следующем, 1895 г. появляется еще одна его совместно с О. Луммером. работа «Метод доказательства законов излучен)гя абсолютно черного тела»", в которой развивалась идея Кирхгофа об абсолютно черном теле и указывался путь к осуществлению модели такого тела. Этот вопрос интересовал Вина еше в период работы над исследованием «Температура и энтропия излучения», где Вин говорил о необходимости осуществить такой излучатель, чтобы его излучение можно было рассматривать как абсолютно черное. Используя замечание Кирхгофа о том, что в замкнутой полости само собой устанавливается равновесное излучение при многократном отражении от ее изометрических стенок, Вин развивает эту мысль дальше: «Даже в том случае,— пишет ои,— когда поглощательная или испускательная способность стендк очень слабая, последовательные отражения заканчиваются полным поглощением каждого пучка лучей и, таким образом, удовлетворяются условия, предъявляемые к абсолютно черным телам.

Можно, следовательно, определить излучение абсолютно черного тела как излучение, которое устанавливаешься само собой в замкнутой полости со стенками, имеющими одинаковую температуру. Всякое излучение другого состава автоматически превращается в излучение черного тела, которое с этого момента не обнаруживает больше никакого изменения. Можно, следовательно, определить излучение черного тела как состояние устойчивого равновесия, соответствующее данной температуре» [38].

Это определение абсолютно черного излучения Вин считает более приемлемым по сравнению с определением Кирхгофа, основанным на допушении существования тела, полностью поглощаюшего падающие на него лучи. Вин подчеркивает также, что основная особенность черного излучения заключается в том, что оно является только функцией температуры. Правда, на это обстоятельство еше раньше указывал Кирхгоф. В «Методе доказательства законов излучения абсолютно черного тела» Вин и Луммер указали, что абсолютно черное тело можно осуществить в виде полости с внутренними зеркальными стенками и небольшим отверстием. При этом они произвели и оценку отклонения излучения этой полости от абсолютно черного излучения.

458 " В и и В. Нобелевская речь (см. [38]). " Смл Апп. й. Рьуэй, 1894, Вб. 52. т' Смл Апп. й Рьузй, 1895, Вй. 58. Модель абсолютно черного тела была в том же 1895 г. осуществлена О. Луммером и Э. Принсгеймом. Мы видим, таким образом, что в своих первых исследованиях Вин исходил только из термодинамики и электромагнитной теории. Вскоре, однако, ему стало ясно, что закон Стефана — Больцмана и найденный им закон смещения — это все, что можно получить в области теории теплового излучения, если оставаться в рамках только феноменологических представлений.

Следуя по пути, впервые указанному Михельсоном, Вин применяет к излучеийю статистику. Результаты этого исследования были им опубликовань( в 1896 г. в работе «О распределении энергии в спектре испускания черных тел. В нобелевском докладе Вин говорил: «Я сам сделал первую попытку в этом направлении, Трудность применения теории вероятностей 4) теории излучения я пытался обойти, представляя себе излучение исходящим от газовых молекул, движущихся по законам вероятности. Вместо этого можно было бы предположить, что излучение возникает ,при ударе электронов о молйкулы...

Характеристики

Список файлов книги