лекция по пра (994573)
Текст из файла
ТРУДЫ ОРДЕ!!Л ЛЕИИИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ИИСТИТУТЛ Там Эа ам. П. И. ЛЕВЕДЕВЛ ю. н. пиколлкв, и. в. Фон ПРПНЦИПЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СВЕТОВ'У10 ВВЕДГИПЕ В настоящее врона на оснащение тратится примерно 101~ мой злект оэне гпи. М !<: 'о Д производи- ло! ос р ргпи. Мс!кду тем эффективность источш!каз света до г .. таетсл о !еиь пиэкоп. Так, лампы иакаливанпл прев !ав а пх мый свет менее а, ной янаи десятой иодводииой к пии энергии.
Люмипесцентнн превращают а ные тампы обладают большей эффективностью но я о свет только четверть расходуемой энергии. Несмотря на большую работу, которая ведется в этой области, достигнутый за паследпяе десятилетия про- гресс сравнительно невелик. Это наводит па мысль что то воэможности ста- рьж методов преобразовании электрической энергии в световую почти ис- черпаны и надо искать какие-то новые пути.
хотя бы в п пи ипе с Однако, прежде чем искать зти новые пути, ну!кно убе и у едитьсл, что оии, хотя ы в принципе, существуют. Другимп словамк, ну!кно выяснить, не связана лк ш!зная эффе ффектизность соврехгеиных источников света с термо- динамическим ограничением, подобно тому, как зто имеет место с к. п. д. паровой машины. Легко убедиться, что зто но так.
Хотя, ко я, конечно, термо- дпнампческпи предел эффективности источников света и та и существует, по ействп ль ан лежит гораздо вылив тех эффективностей, которые сейчас ас достигнуть!. Д те но, постоянное электрическое поле имеет энтропию, п лю,Се ! у~ . Св тже имеет отличную от нуля энтропп!о, если только ание монор пию, равную ок.
(, нтроиия света хроиатичен илп не собран з строго параллельный пучок. (Эн опредоляется спектральной плотностью излучения, распространяю- щегося по данному направлению.) Рождение энтропии прп испус- кании света може т компенсировать исчезновение энтропии пз-за охлаждения светящегося тела, если, конечно это охлая ден ение не слежкам .
' аким о рааом термодинамика рааре!пает такой процесс, когда .светящееся тело превращает в свет не только всю подаодив!ую электро- энергию, по и часть собственной тепловой энергии. Количественно этот вопрос был рассмотрен Вайнштейном (1). Он пришел к выводу, что макси- мальный термодинамически всамояшый н. п. д. превращения электриче- ской энергии в светову!о, т.
е. отноптение испущеиной световой энергии к затраченной электрической, равен т, (1.1) где 1Ш вЂ” эффективная температура излучения', а 1' — температура тела. ' Т. е. темаепххгох абсолютна мрэога тела, иепгскюошего азхухеапе, уеосяеже то >яе калаче тво эет!юпаа. И тай >ке статье Вайнштейн привел результаты оценок, показывающие, чта при вполне заметных моп!пастях нэлученил величина т! может ка десятки процентов превышать едпницу. Такиьс образом, термоднпаиический предел к. и.
д. превращения электрической энергии н световую еще далеко ис достигнут. Остается только найти пути, как к нему приблизиться. Рассмотрим этот вопрос более подробно. Источники света ыожио разделить иа тепловые и л!оиипесцентные. Теплозые источники света — накаленные тела — имеют теьшературу вылив температуры окружа!ошей среды. Поэтому, согласно второму аакону терэ!одппамики, они могут лшпь отдавать тепло в окружаюп!ую среду (посредствои теплопроводностп, коивекцин и лучепспускания).
Если тепловой источник света поместить в вакуум, то потери на теплопроводкость и конвенцию прекратятся. Если к тому же суметь сделать так, чтобы лучеиспусканпе происходило только в видимой части спектра, то вся подвадпмая к телу электроэнергия (которая слунснт лишь для поддержания «го высокой температуры) будет превращаться в сеет. Таким образом, дла тепловых источников света термодниампческий предел к. п.
д. равен 100ей Реальный к.п.д. кх всегда будет, конечно, заметно ниже. Люминесцентные псточинлн света, напротив, остаются холодныин. В принципе оии могут быть холоднее, чем окружающая среда. Тогда поток тепла будет направлен из окружающей среды в светящееся тело и тем самым будет осуществлено необходимоо (но ещенедостаточное) условие для получении предсказанного Вайнштейном к.п.д., превышающего единицу. Ниже мы рассмотрим фнанческпе принципы, на основе которых можно приблизиться к термодинампческому пределу к.п.д.
как для тепловых, так и для люмниесцентных источников сват». При этап мы будем из!еть в виду, что хотя у люмпнесцентных источников он несколько выпю, но еще неизвестно, какой тнп источника удастся раарабатать раньше и какой из ннх окажется наиболее удачным в практическом отношении. Весьма вероятно, что, нак его наблюдается и сейчас, оба типа ясточников света— тепловые и люминесцентные — найдут свою область применения. !. ТЕПЛОВЫЕ ИСТОЧИИИИ СВЕТА Низкая светоотдача применяемых в настоящее время ламп накаливания объясняется, как известно, тем, что основная мощность изчучешгя вольфрамовой нити приходится не на впднму!о, а на ннфракрасную область спектра.
Это происходит потому, что поглощательная способность вольфрама очень мало зависит от длины волны, п поэтому, согласно зак ну Кирхгоффа, спектр его свечения в иакаленнол! состоян!ш блиаок к спектру свечешгя абсолютно черного тела. Согласно закону Вина, по мере повышения температуры максимум в спектре излучения абсолютно черного тела смещается в коротноволиовую область. Поэтому крп повьпиении температуры доля видимого излучения в спектре абсолютно черного тела булет возрастать, осли только температура тела пе слишком велнка.
Наибалыпая доля видимого излучения в спектре абсолютно черяого тела будет тогда, когда оно будет иметь те!!пературу около 7000" К. Прпдальнейшем повышении температуры доля видимого излучения будет уменьшаться пз-за быстрого роста доли ультрафиолетового излучения. При 7000' К ни одно вещество не сможет сохраниться в твердом состоянии. Но даже если бы и удалось создать черный излучатель с такой тенаерату1н~й! (например, з ниде плазьшннога шнура), то и е зтам наиболее благо- приятном скучна ка долю видимого излучения пршилас б р р 37»4 от всей излучаемой мощластп '. ась ы првмерпо Другое дало, если бы тело какала было прозрачна и н внф внфракрасвол области спектра.
Тогда, согласно закову Кпрхгаффа, опо внче б пзл ча. ло в этап областп, т. е. все его палучеппе лежало бы в впдпмой (и частпчпа в ультрафкалетовой) часта спектра. Светоотдача лампы с таким телом какала была бы весьма высока; Остается только найти вещество, подходящее длл изготовления этого тела накала. Как было показано в работе (2), таким веществом может служпть достаточна термостойкпй полупроводвпк с широкой запрещеппой запой. С пптересующей кас точки арепвя полупроводник характарпэуют следуннцве оспозпые свойства: 1) шпрппа запрещенной зовы Еа, 2) завпспмость Еа ат температуры (обмчпо считается, что Еа уменьшается с ростом температуры по лкпейпому аакоцу Ест = Еа.э — ))Т, где () = (3 — 6) ° 10 ' ээ)град); 3) копцевтрацпя примесей )»'; 4) глубппа уровпей Е, вносимых примесью; если Е з Ео, т. е.
уровепь достаточно близок к одпай пз зоп, то счнтаетск, что Е пе завпспт от Т; 5) частбты колебапвй решеткп (с ппмп связано положевпе волос поглощевпя в инфракрасной области); 6) величина подиви<паств )з свободных восптелей заряда и ее завкспмость от тезшературы; 7) эффективная масса шн восптелей ааряда; 8) прпрода края фундаментального поглощевпя (прямые плп непрямые переходы, разрешепкые плп закрещеппые). Рассмотрим, как связаны указанные свойства с работой полулроводкпковой лазшы пакалпвавпя и, в частпостп, с ее эффектввпостью.
Под аффевтпвпостью мы будем понимать отношение эвергвп, испускаемой в видпмой областп спектра, ко всей подводвмой эвергпп. Если накаленный полупроводнпк находятся в вакууме, то отвод знергпп осуществляется только путем лучепспускавпя. Поэтому в атом случае вместо величины подводпмой зяергпп мы будем брать полную внапчвпу эвергпп пзлучеСогласно закону Кпрхгоффа, мощпость, пспускаемая накаленным телом в пптервале частот Ы», равна з(»,Т)й» = К(»,Т) А(»,Т)<Ь, (1 2) "УФ И'ся = ~ з(».
Т)()», где й»н„= 1,8 ээ ()ь = 685 зьк) и )з»ге = 3 ээ (э, = 412 нэх) — прппятые нами грашщы видимой частя спектра. Полная мощность взлучеппя И',„ч равна И'и,н =- ) е (», Т) 3». ч (! .4? ь Видимым мы ннэыиинм нину»нине, лнжнщчэ э области энергий кичигин ст 3 Хс ЦЭ ээ. В середние э»иги ни»иринин чукстиитеньиос»ь г»ээн мнксиманьин, н нн крайх еаьтэиииит ирнмернн О,бщ о» микиимээьиай.
Вин иги ннэ чщэ мэиьщн, и мы ни пренебрегаем. где 4(»,Т) — взлучательвая способпость абсолютно черного тела (фупк- цпя Планка), а К (», Т) — поглсщательпая способность накаленного теда. Мощпость И',, пспускаемая в впдпмой части спектра, Е и тела накала находится в вакууме в патеры па теилоправадпасть отсутствуют, то эффектпвпость») теплового пзлучатали равна (1.5) Прпппмая во внимание формулы (1.2) — (1.5), получаем 'ге 1 К(, Т)А(»,Т)и'» з)(Т) = ((.6) ~ Х (», Т) А (», Т) б» ч Баксе строго было бы вычислять пе эффективность, а сзетоотдачу у по формуле () (»)еба т) б» ьр(Т) = (1.7) )н(», Т) и'» ь где У(») — функция впдпостп (завпскзюсть чувстнктельпасти глаза от частоты падающего па кега света).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
