2. Тепловое действие тока. Закон Джоуля – Ленца. Примеры: расчёт количества теплоты и времени нагревания воды в кипятильнике при последовательном и параллельном соединении его нагревательных элементов.

3. Тепловое излучение. Абсолютно чёрное тело. Закон Стефана – Больцмана. Распределение энергии в спектре излучения. Законы Вина. Понятие ультрафиолетовой катастрофы.

Излучение – это выброс энергии в окружающее пространство.

Из повседневных наблюдений известно, что тела, нагретые до высоких температур, начинают светиться. Излучение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым, или температурным излучением. Тепловое излучение является самым распространённым в природе, оно совершается за счёт энергии теплового движения атомов и молекул вещества, т.е. за счёт внутренней энергии тел. Тепловое излучение имеет место при любой температуре выше абсолютного нуля, но видимое излучение испускается только при высоких температурах 500-800 , а при низких температурах излучаются длинные (инфракрасные) электромагнитные волны.

- если t тела t окружающей среды – тело излучает;

- если t тела t окружающей среды – тело поглощает;

- если t тела t окружающей среды – имеет место динамическое равновесие.

Все тела не только излучают, но и поглощают тепловое излучение, поэтому происходит непрерывный обмен энергии до наступления теплового равновесия, т.е. тело в единицу времени излучает столько же энергии, сколько поглощает.

Интенсивность теплового излучения можно характеризовать его мощностью. Мощность излучения единицы поверхности излучающего тела по всем направлениям (в пределах телесного угла 4 ) называется интегральной энергетической светимостью тела. R. Интенсивность теплового излучения в разных диапазонах частот (длин волн) разная. Поэтому вводят понятие спектральная плотность энергетической светимости, или испускательная способность тела:

r =

– мощность излучения с единицы поверхности тела в интервале частот шириной .

Испускательная способность тела – это мощность излучения с единицы поверхности тела в интервале частот, равном единице, r=f(T; ).

Поглощательная способность тела – это величина, определяемая отношением потока поглощённой телом энергии, к потоку падающей лучистой энергии,

Для тел, у которых поглощательная способность равна 1 (тело поглощает всю упавшую на него энергию) справедливо название абсолютно чёрное тело. Таких тел в природе нет, но есть близкие к ним: сажа (90%), платиновая чернь (96-98%), чёрная тушь (90%), чёрный бархат (90-92%).

Модель абсолютно чёрного тела: большая сфера, с малым отверстием, через которое проходит свет, внутренняя часть сферы всё поглощает, а внешняя – теплоизолирована.

Законы излучения абсолютно чёрного тела изучал Кирхгоф. Он установил, что отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной не зависит от материала тела и является универсальной функцией частоты и температуры для всех тел. (1895г.)

Для абсолютно чёрного тела а=1, поэтому r=f( ;T), т.е. универсальная функция Кирхгофа f(v;T) есть испускательная способность абсолютно чёрного тела.

Закон Стефана – Больцмана: полное излучение абсолютно чёрного тела за единицу времени с единицы поверхности пропорциональна температуре в четвёртой степени. Полное излучение называют энергетической светимостью тела - Е_{T ,v,l}= T⁴ ( =5?67 10^-8Вт/м²К⁴ – постоянная Стефана – Больцмана). Из этого закона следует, что энергетическая светимость абсолютно чёрного тела зависит только от температуры. Этот закон не даёт ответа на вопрос – как «размазана» энергия по длинам волн, т.е. нет ответа о спектральном составе излучения. Это было сделано экспериментально.

Релей и Джинс получили такой график теоретически:

Е

0 длина волны

Не совпадение теории и опыта получило название ультрафиолетовой катастрофы: чем меньше длина волны, тем больше выброс энергии в окружающую среду. Немецкий физик Вин получил следующий закон: чем выше температура абсолютно чёрного тела, тем меньше длины волн на которую приходится максимальная энергия: ( b – постоянная Вина = 2,989 ммК)

_maxT=b

В 1900 г. Макс Планк для объяснения распределения энергии по длинам волн предложил квантовую гипотезу: тела поглощают и излучают энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами.

Е=hv – квантовая энергия (h=6,63* 10^-34Дж с – постоянная Планка).

Поскольку излучение ведётся порциями, а каждая порция энергии дискретна, то эту порцию можно считать частицей.

– масса

- импульс

– энергия

Эти частицы стали называться фотонами, а про излучение стали говорить, что оно обладает корпускулярно-волновым дуализмом.