З'ясуйте суть "ультрафіолетової катастрофи".
Формула Релея-Джінса добре узгоджується з експериментальними даними в області довгих хвиль, але повністю не підходить і суперечить експериментальним даним і закону збереження енергії в області малих довжин хвиль. Це неузгодження в області коротких хвиль було названо «ультрафіолетовою катастрофою», бо порушувався закон збереження енергії і енергія випромінювання необмежено зростала зі зменшенням довжини хвилі випромінювання
Запишіть функцію Планка розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. Поясніть, які ідеї Планка лягли в основу теорії випромінювання абсолютно чорного тіла. Як формула Планка узгоджується з експериментальними даними?
З'ясуйте фізичну суть сталої Планка.
Стала Планка h – це енергія одного кванта випромінювання з частотою 1 Гц
W=hν, ν=1 Гц: W=h
Які оптичні прилади називають пірометрами і де вони використовуються? з'ясуйте їх будову і принцип дії.
Звичайні термометри для вимірювання вимірювання температури передбачають безпосередній контакт між чутливими елементами і вимірюваним об’єктом або середовищем. Верхня межа використання таких методів обмежується термічною стійкістю використовуваних чутливих елементів і лежить в межах до 25000 С. Але іноді необхідно виміряти більш високі температури чи неможливий безпосередній контакт давача з середовищем. В цих випадках використовують безконтактні засоби вимірювання – пірометри, які вимірюють температуру за тепловим випромінюванням.
В основі безконтактних методів вимірювання температур лежить температурна залежність випромінювання абсолютно чорного тіла (АЧТ), тобто тіла, яке здатне повністю поглинати випромінювання, що падає на нього, будь-якої довжини хвилі. Але реальні тіла повною мірою не поглинають падаюче випромінювання і характеризуються коефіцієнтом поглинання al, що визначає спроможність поглинати випромінювання досліджуваним тілом в порівнянні з АЧТ.
Пірометри діляться на радіаційні, яскравісні і колірні. Радіаційні пірометри використовують для вимірювання температур від 20 до 25000 С. Температура, що вимірюється радіаційним пірометром qр, завжди менша істинної температури тіла q. Залежність між ними визначається виразом qр= q, де e – коефіцієнт неповноти (чорноти) випромінювання, що має різні значення для різних матеріалів. В зв’язку з цим радіаційні пірометри потребують градуювання конкретно для тих тіл, температуру яких вони вимірюють.
Яскравісні пірометри засновані на порівнянні в вузькій ділянці спектра яскравості досліджуваного об’єкта з яскравістю зразкового випромінювача. За спектральною щільністю випромінювань можна визначити потрібну нам температуру. Яскравісні пірометри також мають похибку від неповноти випромінювання – вимірювана ними температура відрізняється від істинної. Але ця похибка залишається приблизно постійною в широких межах зміни коефіцієнта e і може бути врахована градуюванням пристрою в робочих умовах.
В яскравісному пірометрі порівнюється яскравість досліджуваного тіла і фотометричної лампи з плоскою вольфрамовою ниткою. Окрім фотометричної лампи в телескопі розташовані об’єктив , нейтральний свілофільтр для змінення вдвічі границь вимірювання, оптичний клин для отримання лінійної залежності між кутом повороту клина і яскравістю (яскравість нитки пропорційна п’ятому степеню струму розжарювання), окуляр і світлофільтр, що забезпечує порівняння інтенсивності випромінювання в вузькому діапазоні спектра. Яскравості порівнюють, спостерігаючи нитку зразкового випромінювача на фоні досліджуваного тіла. Якщо яскравість тіла більше яскравості нитки, то нитку видно у вигляді чорної лінії на яскравому фоні, в протилежному випадку помітно світіння нитки на більш блідому фоні. При рівності яскравостей нитку не видно, тому такі пірометри називаються пірометрами зі зникаючою ниткою. Суттєвою перевагою яскравісних пірометрів є незалежність їх показань від відстані до випромінюючої поверхні і її розмірів.
Колірні пірометри основані на вимірюванні відношення інтенсивностей випромінювання на двох довжинах хвиль, що вибираються зазвичай в червоній і синій областях спектра. Якщо коефіцієнти сірості для обох обраних довжин хвиль однакові, то температура, яка вимірюється колірними пірометрами, дорівнює істинній температурі тіла. Це одна з вирішальних переваг колірних пірометрів. Крім того, показання колірних пірометрів принципово не залежать від відстані до об’єкта вимірювання і від поглинання радіації в середовищі, що заповнює цю відстань, якщо коефіцієнти поглинання однакові для обох довжин хвиль.