РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ МЕТЕМАТИКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КУРСОВАЯ РАБОТА

АБСОЛЮТНО ЧЁРНОЕ ТЕЛО. СОЛНЦЕ.

Выполнил

Студентка 2 курса

Очной формы обучения М.А. Салтанова

Научный руководитель

ассистент А.А. Иконников

Тюмень 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Историческая справка 4

2. Суть понятия «Чёрное тело» 5

3. Законы изучения абсолютно чёрного тела 7

3.1. Первый закон излучения Вина 7

3.2. Второй закон излучения Вина 7

3.3.Закон Релея — Джинса 8

3.4.Закон Планка 9

3.5.Закон Стефана — Больцмана 10

3.6 . Закон смещения Вина 11

4. Снег, как абсолютно чёрное тело. 12

5. Солнце, как абсолютно чёрное тело. 13

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 14

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 15

15

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ 16

Введение

Великие унифицирующие теории, которые служили руководящей нитью для всех исследований, к концу ХIХ века привели к тому, что физика разделилась на два больших раздела: физику материи и физику эфира, или, лучше сказать, физику излучения. Материя и излучение казались двумя совершенно независимыми сущностями, ибо материя может существовать без излучения, а излучение может проникать через пустое пространство, лишенное материи. Более глубокие исследования, однако, привели к новой концепции — достоянию уже нашего века, о которой мы будем говорить дальше, концепции, согласно которой все то, что мы наблюдаем, и даже самонаблюдение являются не материей и не излучением, а совокупностью того и другого.

Но даже помимо этого более глубокого анализа проблема взаимодействия материи и излучения была одной из самых серьезных проблем конца века, так как было ясно, что если они и существуют независимо друг от друга. то весь мир явлений тем не менее проистекает из их взаимодействия.

В сущности, вся проблема сводилась к тому, чтобы найти тот механизм или тот способ, благодаря которому материя способна излучать и поглощать излучение. Электромагнитная теория света давала формулы, которые устанавливали связь между электромагнитными полями, зарядами и токами. Они отлично служили для описания макроскопических результатов опытов. Но уже в последнее десятилетие прошлого века, были замечены связи между данными спектроскопии и периодическими внутриатомными процессами: уравнения Максвелла оказались неприменимыми к излучению, испускаемому или поглощаемому мельчайшими элементарными частицами материи. Поэтому нужно было изменить эти уравнения, чтобы можно было их применять в этом новом уже приоткрывавшемся мире внутриатомных явлений.

1. Историческая справка

Исследования, связанные с «черным телом» и «излучением черного тела», были начаты в 1879 г. профессором физики Венского университета Иозефом Стефаном (1835—1893). Опираясь на полученные им и другими исследователями результаты измерений общего количества энергии, излучаемого черным телом при различных температурах, Стефан сформулировал закон пропорциональности этой энергии четвертой степени абсолютной температуры. Этот закон был подтвержден в 1880 г. систематическими исследованиями Герца в интервале температур от 0 до 250° С. В 1897 г., используя гораздо более совершенную аппаратуру, Люмьер и Курлбаум проверили этот закон для температур от 290 до 15000 С.

В 1884 г. другой венский физик, Людвиг Больцман (1844—1906), дал доказательство того, что закон Стефана есть следствие законов термодинамики и, в частности, следует из выражения для давления излучения, найденного теоретически Максвеллом, а в 1876 г. полученного из термодинамических соображений A.Бартоли(1851-1896)[1,2].

Вслед за открытием интегрального закона Стефана-Больцмана, в последствии последовали важные экспериментальные исследования по определению удельной интенсивности излучения черного тела для различных температур и длин волн. Эти исследования позволили найти спектр черного тела для большого интервала длин волн. При данной температуре излучаемая энергия максимальна на определенной длине волны и быстро уменьшается по обе стороны от нее. Иными словами, кривая зависимости интенсивности излучаемой энергии при данной температуре от длины волны имеет, как принято говорить, «колоколообразный» вид.

Экспериментальные исследования Люммера и Прингсгейма в 1899-1900 гг. в области видимого излучения, опыты Бекмана (1898 г.) и Пашена (1901 г.) в инфракрасной области при температурах от 420 до 1600° С и опыты Байша (1911 г.) в ультрафиолетовой области экспериментально подтвердили общую форму этой кривой, если не считать нескольких мелких экспериментальных ошибок, впоследствии исправленных (приложение2) [1,2].