Тепловое излучение.

План

1.Абсолютно черное тело.

2. Законы излучения абсолютно черного тела

3. Закон Стафана — Больцмана.

4. Ультрафиолетовая катастрофа .

5. Квантовый характер излучения. Формула Планка.

1.Абсолютно черное тело.

Наиболее распространенным в природе электро-магнитным излучением является тепловое излучение. Оно характерно для всех тел при температуре, которая больше нуля Кельвина. Это излучение существенно зависит от температуры:

Низкие температуры — ИК;

Высокие температуры — видимое и ультрафиолетовое излучение.

Каждое тело, излучая энергию, одновременно с этим поглощает часть энергии, которую излучают другие тела. Таким образом для каждого тела возможен состояние теплового равновесия: количество излучаемую энергию равно количеству полученной путем поглощения энергии.

Температура теплового равновесия — это температура, которая характерна для тела в состоянии тепловии равновесия.

Количественная оценка процессов теплового излучения дается с помощью следующих характеристик:

Энергетическая светимость или общая излучательная возможность тела (R) — это отношение энергии, которая излучается из площади поверхности, до времени излучения и всей площади

([R] — [Дж / (м2С)]);

Общая поглощающая свойство тела (А) — это отношение лучистой энергии, которая поглощается телом, ко всей энергии, падающей на тело в виде излучения.

Поглощающая свойство всех тел меньше единицы: А <1. Так для видимой части спектра имеем для различных веществ следующие значения поглощающей свойства: Аалюминий = 0,1; амида = 0,5; Аводы = 0,67.

Абсолютно черное тело (а. Ч. Т.) — это мысленное тело, которое поглощает при всякой температуре всю лучевую энергию, падающего на него: Аабс. Ч. Т. = Аλ = 1.

Модель абсолютно черного тела — малое отверстие в оболочке, внутренняя поверхность которой имеет черный цвет.

Благодаря понятию а. Ч. Т. Кирхгоф был установлен закон теплового излучения для различных тел при постоянной температуре: для всех тел при данной температуре отношение общей энергетической возможности к общей поглощающей свойства является постоянной величиной, равной излучательных свойств а. Ч. Т. при данной температуре:

, где Eλ — излучательная свойство а. Ч. Т. При этом Е-оказывается функцией длины волны излучения и абсолютной температуры тела.

Следствия из закона Кирхгофа:

Rтила = Атила = Еλ;

Излучательная свойство тела меньше излучательную свойство а. Ч. Т.: Rтила <Еλ;

Если тело не поглощает определенных волн, то оно их и не излучает и наоборот. Т. е. поглощение и излучение имеет место для одинаковых волн.

Соотношение Кирхгофа позволяют определять излучательную свойство произвольного тела, если известны его поглощающая свойство и излучательная свойство а. Ч. Т.; эти параметры определяются опытным путем.

2.Закон излучения а. Ч. Т.

Распределение энергии в спектре а. Ч. Т. был опытным путем получен в конце 19в. Он имеет вид:

Площадь под кривой равна общей излучательных свойств а. Ч. Т. Еλ при T = 1259 К.

2.1. Зависимость общей энергетической свойства Еλ от температуры дается в виде закона Стефана-Больцмана (1879р.):

Еλ = σ · Т4, где σ = 5,67 · 10-8 К-4-стала Стефана-Больцмана.

2.1. Закон смещения Вина: длина волны, соответствующей максимуму излучения а. Ч. Т., обратно пропорциональна его термодинамической температуре (1893р.):

, где b = 2,9 · 10-3 м · К — постоянная Вина.

На законе Вина построена оптическая пирометрии — метод определения температуры раскаленных тел по спектру их излучения. Так, согласно закону Вина, температура поверхности Солнца равна: Т = = 6100 К. Согласно этому же закону, наиболее выгодный в световом отношении тепловой режим источника света тоже должен быть примерно 6000 К, но реальные лампы накаливания работают при температурах значительно ниже, примерно 3000 К, поэтому их световой к. к. д. около 3%, следовательно лампы накаливания больше греют, чем светят.

Согласно закону Вина, максимум излучательной свойства а. Ч. Т. при росте температуры смещается в сторону коротких волн. Например, для угля имеем такую зависимость (в виде графика):

Для раскаленного метала такая световая закономерность: сначала металл темный, то есть максимум излучения в ИК области, затем металл краснеет, желтеет и, наконец, почти на грани расплавления, становится голубовато-белым, то есть максимум излучения смещается в сторону коротких волн.

3. Ультрафиолетовая катастрофа.

Поскольку законы Стефана-Больцмана и Вина были лишь отдельными, а не общими законами излучения а. Ч. Т. (Не давали зависимости для энергетической свойства как функции температуры), то попытки теоретически установить такую зависимость для различных длин волн и различных температур. Ученый реле пытался получить эту зависимость, исходя из классических представлений о равномерный закон распределения энергии по степеням свободы. В результате была получена формула для Еλ, Т:

Еλ, Т = 2π · с · к · λ-4 · Т.

Согласно этой зависимости получали результаты, которые были абсурдны с точки зрения реального положения вещей, а именно для. Ч. Т. получали общую излучательную свойство, равную бесконечности:

.

То есть для коротких (ультрафиолетовых) волн общая излучательная свойство а. Ч. Т. должна быть бесконечно большой — тело всю энергию потратит на излучение в ультрафиолетовом диапазоне электромагнитных волн и уничтожит само себя.

Это совсем противоречило практического опыта человечества и указывало на то, что классический подход к тепловому излучению невозможен относительно излучения с короткими волнами. Выход из этого положения был найден в 1900 г. немецким физиком М. Планком.

4.Квантовий характер излучения. Формула Планка.

Макс Планк нашел мужество отказаться от классической теории относительно физических представлений об электромагнитном излучении, как о непрерывной электромагнитную волну, которая может иметь произвольную частоту и нести произвольную энергию. Планк предложил очень смелую гипотезу, согласно которой электромагнитная энергия может излучаться и распространяться только строго обусловленными (для конкретной излучающей системы) отдельными порциями — квантами энергии. Энергия кванта излучения пропорциональна частоте излучения:

, где h — постоянная Планка (квант действия), h = 6,625 10-34 Дж с-1.

Например, для зеленого света (λ = 555нм): εз = 3,6 10-19 Дж. Для очень длинных волн энергия кванта маленькая, поэтому в общем потоке длинноволнового излучения (например, от генератора радиоволн) отдельный квант не заметен, благодаря этому дискретность излучения не заметна. А вот для светового излучения дискретный характер имеет принципиальное значение, т. е. излучение света имеет очень заметен квантовый вид. Процесс поглощения электромагнитной энергии веществами также дискретный (квантовый) характер.

Таким образом, между процессами, которые происходят в макро — и микромире, существуют количественные и качественные противоположности. Поэтому законы классической физики, полученные в результате наблюдений над макрообъектами, не всегда можно применять для описания процессов микромира. Именно этим была обусловлена бесперспективность попыток теоретически вывести закон распределения энергии в спектре излучения а. Ч. Т., исходя из понятий классической физики.

На базе представлений о квантового характера теплового излучения Планк получил следующее выражение для спектральной излучательной свойства а. Ч. Т.:

,

Где λ — длина волны, Т — термодинамическая температура, с — скорость света в вакууме, k — постоянная Больцмана, e — основание натурального логарифма.

Формула Планка абсолютно совпадает с опытными результатами; из этой формулы, как частные случаи, легко получаемые законы Стефана-Больцмана и Вина. На базе теории Планка о квантовом характере излучения А. Эйнштейн в 1905г. создал квантовую (фотонную) теорию света, а Н. Бор в

Реферати :

• техника безопасности при игре в бадминтон
• таблица соус белый основной
• электрон в невозбужденном атоме водорода получил энергию
• миокопия
• методология учета процесса производства
• исследования шума и вибрации
• физико химические процесы при запекании мяса
• построить эпюры продольных сил и нормальных напряжений по длине бруса
• исследование свежести мяса птицы и кролей