Контрольные вопросы
1. Какие вещества называют оптически активными?
2. Какую гипотезу предположил Френель о вращении плоскости поляризации.
3. От чего зависит угол поворота плоскости поляризации? Как его измерить?
4. В чем заключается эффект Фарадея?
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2.Учеб. пособие для студентов втузов. – М.: КНОРУС, 2009, 576 с.
2. Трофимова Т.И. Курс физики. Учеб. пособ. для вузов.- 15-е изд., стереотип. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 560 с.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Учеб пособие для втузов. – М: Высш. Шк., 1989. – 608 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.8
Определение постоянной стефана−больцмана при помощи оптического пирометра
Цель работы: изучение законов теплового излучения, оптического пирометра и определение постоянной Стефана−Больцмана.
Теоретические положения
Электромагнитное излучение обусловлено колебаниями электрических зарядов, в частности зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества. Так, например, колебательное и вращательное движение молекул и атомов создает инфракрасное излучение, определенные перемещения электронов в атоме создают видимое и ультрафиолетовое излучение, торможение свободных электронов создает рентгеновское излучение и т.д.
Самым распространенным в природе видом излучения является тепловое излучение; оно совершается за счет внутренней энергии вещества, и поэтому ведет к охлаждению излучающего тела.
Тепловое излучение присуще всем телам при любой температуре, отличной от нуля Кельвина. Оно имеет сплошной спектр, однако, распределение энергии в нем существенно зависит от температуры: при низких температурах тепловое излучение является преимущественно инфракрасным ( с длиной волны от 0,76 до 2000 мкм), при высокой температуре некоторую долю излучения составляют видимые световые лучи ( от 0,4 мкм до 0,76 мкм ) и невидимые, ультрафиолетовые лучи.
Всякое тело, излучая энергию, вместе с тем поглощает часть энергии, излучаемой другими (окружающими) телами. Процесс поглощения ведет к нагреванию тела. Очевидно, что, теряя энергию путем испускания и в то же время получая энергию путем поглощения, данное тело, в конце концов, должно прийти в состояние теплового равновесия, при котором потеря энергии за счет испускания компенсируется энергией за счет поглощения. Температура, соответствующая этому состоянию, называется температурой теплового равновесия.
Тепловое излучение – единственное, которое может находиться в равновесии (термодинамическом) с излучающим телом.
Характеристики теплового излучения
Для количественной оценки процессов теплового излучения и поглощения вводят следующие характеристики.
Энергическая светимость (излучательность) тела − физическая величина εт, численно равная энергии электромагнитных волн всевозможных частот ( или длин волн ) от 0 до ∞, излучаемых за единицу времени с единицы площади поверхности тела.
Она
выражается в джоулях на квадратный метр
в секунду
.
Спектральная плотность энергетической светимости (спектральной плотностью излучательности) тела −физическая величина, численно равная отношению энергии dW, излучаемой за единицу времени с единицы площади поверхности тела посредством электромагнитных волн в узком интервале частот от до d (или длин волн в вакууме от до d), к ширине этого интервала.
.
(3.8.1)
Значения
или
зависят
от частоты (длины волны), температуры,
рода вещества и состояния его поверхности.
Размерность
,
−
джоуль на квадратный метр
.
Энергетическая светимость (излучательность) тела связана с ( ) соотношением:
.
Поглощательная
способность
(монохроматический коэффициент
поглощения) тела −безразмерная величина
,
показывающая, какая доля энергии
электромагнитных волн с частотами от
до
d,
падающих на поверхность тела, им
поглощается:
Рис.
3.8.1.
.
Значение зависит от частоты, температуры, рода вещества и состояния поверхности тела.
Тело, целиком поглощающее падающее на него излучения, т.е. тело, у которого коэффициент поглощения = 1, называется абсолютно черным телом .
В природе абсолютно черных тел нет, близкими к абсолютно черному телу являются платиновая чернь, сажа, черный бархат и др.
Моделью абсолютно черного тела может служить замкнутая полость с небольшим отверстием (рис. 3.8.1). Свет, падающий внутрь полости через отверстие О, претерпевает многократные отражения от стенок. При этом энергия падающего света практически полностью поглощается стенками полости независимо от их материала.
Тело, которое абсолютно не поглощает излучения и полностью отражает все падающие на него лучи ( = 1), называется абсолютно белым телом.
Тело, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех длин волн ( < 1), называется серым телом. Абсолютно белых и серых тел в природе, нет.