ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ

И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра физики

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО КУРСУ

ФИЗИКА И БИОФИЗИКА

Издание второе, репринтное

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2006

удк

К 32

Квантовая физика: Метод, указания по курсу Физика и биофизика / Сост. Л. М. Скворцов, И. В. Павлушков, Л. А. Палевич, Е. Д. Эйдельман. СПб.: Изд-во СПХФА, 2006. 43 с. (репринтное издание).

Даны методические указания но изучению раздела квантовой физики курса «Физика и биофизика» для студентов биотехнологического и фармацевтического факультетов в соответствии с учебной программой. Приведены примеры использования законов и контрольные вопросы.

Рекомендовано методической комиссией

биотехнологического факультета СПХФА

Составители:

докт. физ.-мат. наук, проф. А. М. Скворцов,

канд. физ.-мат. наук, доц. И. В. Павлушков,

ст. преп. Л А Палевич,

докт. физ.-мат. наук, проф Е. Д. Эйдельман

Под обшей редакцией

докт. физ.-мат. наук, проф А. М. Скворцов

ISBN 5-8085-0201-2 Санкт-Петербургская

химико-фармацевтическая академия, 2006

Занятие № 1

Тема: ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

1. Понятие теплового излучения

Излучение, испускаемое нагретыми телами, называется тепловым излучением. Все нагретые тела излучают. Нагревая вещество, Вы замечаете, что при определенной температуре появляется видимое глазом свечение. По мере повышения температуры свечение становится ярче и изменяется его цвет, переходя в яркое «белое каление».

При слабом нагревании теле также происходит тепловое излучение, но с меньшей интенсивностью и другим распределением энергии по длинам воли (спектральным составом). Такое излучение можно ощутить рукой (излучение батарей отопления) или обнаружить с помощью специального прибора — термоэлемента. Слабо нагретые тела испускают, в основном, инфракрасные лучи с длиной волны ~ 10⁵ — 10⁶ Å. Такие лучи называются тепловыми.

2. Полная светимость ет и спектральная светимость eλT нагретого тела

Энергию, излучаемую телом, характеризуют полной интегральной светимостью Е_Т. Полная (интегральная) светимость — это количество энергии, излучаемое телом в единицу времени (за 1 с) с единицы площади (с 1 м²). Размерность величины полной светимости (Вт/м²). Полная светимость является общей характеристикой излучения нагретых тел. Другой более детальной характеристикой теплового излучения является спектральная светимость (лучеиспускательная способность) нагретого тела Е_λТ. Лучеиспускательная способность — это количество энергии, излучаемое телом в интервале длин волн от λ до λ + dλ в единицу времени (за 1 с) с единицы площади (с 1 м².). Размерность этой величины равна, соответственно, Дж/м·м²с=Вт/м³. Полная светимость есть сумма лучеиспускательных способностей на всех длинах волн

или

3. Коэффициент поглощения

Рассмотрим процесс поглощения теплового излучения. Пусть Ф₀ — поток излучения, падающий на данную поверхность (рис. 1). Часть потока отразится от поверхности Ф_отр, а часть поглотится Ф_погл.

Рис. 1. Поглощение излучения телом

Отношение поглощенного потока Ф_погл к падающему Ф₀ называется коэффициентом поглощения а

Отношение отраженного потока Ф_отр к падающему Ф₀ называется коэффициентом отражения b

Очевидно, что коэффициент поглощения и коэффициент отражения связаны друг с другом следующей формулой

а + b = 1

По величине коэффициента поглощения принято разделять все тела на три типа. Если a = 1 и не зависит от λ, то такое тело называется абсолютно черным телом. Если а < 1. но не зависит от λ, то такое тело называется серым. При а << 1 тело называется зеркальным (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость коэффициента поглощения а от длины волны падающего света для 1 – абсолютно черного тела, 2 – серого тела,

3 - зеркального тела |

Для реальных тел коэффициент поглощения, как правило, зависит от длины волны λ. На Рис. 3 показана зависимость а(λ) с минимумом, приходящимся на длину волны красного цвета λ_кр ≈ 700 нм.

Рис. 3. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны

Поскольку коэффициент отражения b = 1-а, то зависимость b от λ будет иметь максимум для длины волны красного цвета (Рис. 4)

Рис. 4. Зависимость коэффициента отражения от

длины волны падающего света

Остальные длины волн, кроме λ_кр будут поглощаться телом. Следовательно, рассматриваемое тело будет иметь красный цвет.

Таким образом, зависимость коэффициента поглощения от длины волны определяет цвет тела.