Тепловое излучение.

Излучение происходит порциями.

Имеет место при любой температуре, отличной от температуры абсолютного нуля.

В спектре излучения нагретого тела наблюдаются практически все длины волн, но максимум излучения приходится в каждом отдельном случае на определенный диапазон длин волн.

Характеристики ТИ.

1. R_T- энергетическая светимость. Энергия, излучаемая с единицы поверхности во времени во всем диапазоне длин волн.

- интегральная характеристика.

2. - испускательная способность (спектральная плоскость энергетической светимости). Энергия, излучаемая с единицы поверхности во времени в узком (единичном) диапазоне длин волн (в определенной области спектра).

- дифференциальная характеристика.

3. - поглощательная способность (коэффициент поглощения). Показывает, какая доля падающей на тело энергии поглощается телом.

Ф - световой поток.

Ф=R_T*S

=Ф’(поглощенный поток энергии)/ Ф(падающий- весь поток энергии)

=1- абсолютно черное тело.

Закон Кирхгофа.

Утверждает, что отношение двух характеристик теплового излучения r и a не зависит от природы тела и является константой для разных тел, взятых при одной и той же температуре.

- испускательная способность

Для абсолютно черного тела

В 1900г. Макс Планк выдвигает гипотезу, что нагретое (холодное) тело испускает (поглощает) отдельными порциями – квантами.

Исходя из этой гипотезы и применив законы статистики Планк рассчитал . Эта формула получила название «функция Планка для теплового излучения».

График ее выглядит: Рис.1.1

Анализ.

1. площадь S, ограниченная кривой графика: . Если подставить в это выражение значение функции Планка, то , где G=5,76*10^-8 Вт/м²К⁴- константа Стефана-Больцмана. Для серого тела:

R_T=GT⁴ - для абс. черного тела. Этот теоретический вывод Планка совпал с ранее полученным экспериментальным законом Стефана-Больцмана.

2. ; =max

Максимум у относится к , показывая, что значение максимально, а не .

- этот теоретический вывод Планка совпал с ранее полученным экспериментальным законом – первым законом Вина, который иначе называется «закон смещения».

b=2,90*10^-3 м*К- первая константа Вина.

3. ; -max. Если подставить ее в формулу функции Планка, получим максимальное значение испускательной способности абсолютно черного тела ( =max), которое оказывается прямо пропорционально Т⁵.

_max=С₁Т⁵ - этот теоретический вывод Планка совпал с ранее полученным экспериментальным законом – вторым законом Вина. С₁=1,29*10^-5 Вт/м²К⁵– вторая константа Вина.

ОБЩИЙ ВЫВОД.

Совпадение выводов из теории Планка с экспериментальными законами подтверждает справедливость квантовой гипотезы теплового излучения.

Из анализа всех ранее рассмотренных нами явлений (фотоэффект…) окончательно делаем вывод, что свету (фотону) присуще свойства и волновые и квантовые одновременно.

Атомная физика.

Краткие теоретические сведения к началу ХХ столетия.

А. Атом – чрезвычайно устойчивая система.

Б. Атом – может при определенных условиях излучать (поглощать). На это указывали спектры излучения (поглощения). Причем, они являются линейчатыми. Следовательно, атом излучает (поглощает) не постоянно, а дискретно (квантами, отдельными порциями).

В. В 1911г. опытами Резерфорда был «опровергнут» первый вывод: было установлено, что атом есть система сложная, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов (атом[q=0]=ядро[+Ze]+электроны[-Ze]).

Z(порядковый номер элемента в таблице Менделеева).

m_атома m_ядра;

По каким законам движутся электроны в атоме?

1. Попытка дана классической электромагнитной теорией. По законам классической теории движение заряженной частицы с ускорением должно сопровождаться:

- непрерывным излучением энергии. Следовательно, спектр излучения атома должен быть сплошным.

- так как атом непрерывно теряет энергию, то электрон неизбежно должен упасть на ядро, т.е. атом – неустойчивая система.

Оба эти вывода противоречат эксперименту.

2. Попытка объяснить законы движения электронов в атоме дана в 1913 году Нильсом Бором (1885-1962гг.).

Теория Бора.

ПОСТУЛАТЫ.

А. Атомы характеризуются известными состояниями, называемыми стационарными, в которых, несмотря на происходящие в них движения электронов, атомы не излучают и не поглощают энергию. В каждом таком состоянии электрон движется по орбите определенного радиуса и имеет строго определенную энергию.

СТРУКТУРНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА АТОМА.

m_eV_nr_n - момент импульса электрона на орбите.

, n- главное квантовое число, показывает номер орбиты.

h=6,62*10^-34 Дж*сек- постоянная Планка.

n=1,2,3….; r1,r2,r3,…..; E1,E2,E3….. - дискретный ряд (квантовый).

Момент импульса на орбите целократен . Это есть правило квантования орбит по Бору.

Б. Атом может испускать (поглощать) монохроматическое излучение только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

- правило частот Бора.

- излучения энергии.

n1>n2 - излучение (с большей орбиты на меньшую); n1<n2 - поглощение.

Применение теории Бора к атому H2.Рис.1.4.

z=1; F_k=F_{ц.стрем.}

Если n=1, (ангстрем) радиус первой боровской орбиты.

r_n=r₁*n²

Знак минус (-) указывает на то, что электрон в атоме.

n=1, r1=0,529 эВ

1 эВ= qU = 1,6*10^-19Кл * 1В = 1,6*10^-19 Дж.

n=2, r2=r1*n²=4*r1=2,116 эВ

n=3, r3=9*r1=4,761 эВ

Энергетическая схема атома.

Энергия, которой обладает электрон в данном стационарном состоянии, схематически изображается в виде тонкой линии – уровня энергии. Рис.1.5

Для электрона в атоме водорода самым стабильным является первый (нормальный) уровень с наименьшим значением энергии.

Выше расположенные уровни - возбужденные.

Совокупность спектральных линий, которые возникают при переходе электрона на данный энергетический уровень с выше расположенных, называется спектральной серией. В спектре атома водорода известны семь спектральных серий. В видимой части спектра находится серия Бальмера, которая возникает при переходе электрона на второй энергетический уровень.

По второму постулату Бора

Подставляя En по формуле Бора, получим: (обобщенная формула Бальмера), где

R - постоянная Ридберга; n1- номер уровня, на который переходит электрон; n2- значение уровня, с которого переходит электрон.

Для серии Бальмера n1=2.

Расчет по этой формуле, полученной из теории Бора, совпал со значением спектра водорода, полученным экспериментально.

Применение теории Бора к многоэлектронным атомам потребовало введение дополнительных принципов.

Все это говорит о том, что теория Бора является переходным моментом от старой классической теории к новой квантовой теории.