Оптика (3 семестр) / ЛР11_оптика
.pdf
|
|
1.26 10−12 |
−8 |
2 |
4 |
||
σ¯ = |
|
=5.48 10 |
|
Вт/м К |
|
||
0.92 0.000025 |
|
|
|||||
|
|
0.14 10−12 |
−8 |
2 |
4 |
||
σ¯ = |
|
=0.61 10 |
Вт/м К |
||||
0.92 0.000025 |
|||||||
Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы мы исследовали зависимость мощности теплового излучения от температуры, экспериментально проверили закон Стефана-Больцмана и получили значение постоянной Стефана-Больцмана приблизительно равную теоретической (5.5±0.6)*10-8 ~ 5.67* 10-8.
Вопросы на защиту:
1.Что такое тепловое излучение? Что означает: тепловое излучение является равновесным?
Тепловое излучение — электромагнитное излучение, испускаемое телами за счёт их внутренней энергии. Излучается телами, имеющими температуру больше 0 К, то есть разными нагретыми телами, поэтому и называется тепловым Равновесным называется такое излучение, которое находится в
термодинамическом равновесии с веществом.
2.Сформулируйте основные законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана и два закона Вина.
Закон Стефана — Больцмана
Энергетическая светимость (q) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры (T)
q=σ T 4
Где σ - постоянная Стефана-Больцмана
Закон излучения Кирхгофа
Отношение излучательной способности (E) к поглощательной способности (A) одинаково для всех тел при данной температуре (T) для данной длины волны (λ) и не зависит от формы тела, его химического состава и т.д.
E(λ ,T )=e (λ , T )
A (λ , T )
Закон излучения Кирхгофа является одним из основных законов теплового излучения и не распространяется на другие виды излучения. Из закона следует
— чем тело больше поглощает при температуре T на длине волны λ, тем оно больше излучает при данных температуре и длине волны
Закон смещения (первый закон) Вина
Длина волны λmax, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре
λ max= Tb
где b=2,9∙10-3м∙к – постоянная Вина.
Таким образом, при повышении температуры растет не только полное излучение, но и изменяется распределение энергии по спектру. При малых температурах тела излучают главным образом инфракрасные лучи, а по мере повышения температуры излучение делается красноватым, оранжевым и, наконец, белым.
Второй закон Вина Максимальная испускательная способность абсолютно черного тела возрастает
пропорционально пятой степени абсолютной температуры
(rλ T )=cT 5
где с=1,29∙10-5
-постоянная величина.
3.Какой из законов теплового излучения проверяется в данной работе и какие два способа для его проверки можно предложить?
В работе проверяется закон Стефана-Больцмана.
Значение постоянной Стефана— Больцмана может быть выведено из фундаментальных физических констант, а также определено экспериментально Помимо этого для проверки теплового излучения можно прибегнуть к закону излучения Кирхгофа и закону смещения Вина
4.Объясните, в чем заключалась «ультрафиолетовая катастрофа» теории Рэлея–Джинса. В чем заключалось противоречие этой теории и классической физики? Как это противоречие преодолели.
Ультрафиоле́товая катастрофа заключалась в том, что, согласно закону РэлеяДжинса, мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной, что является парадоксом. Название парадокс получил из-за того, что
спектральная плотность энергии излучения должна была неограниченно расти по мере
сокращения длины волны.
По сути, этот парадокс показал если не внутреннюю противоречивость классической физики, то, во всяком случае, крайне резкое расхождение с элементарными наблюдениями и экспериментом.
Решением проблемы стало то, что в 1900 году Макс Планк вывел правильную форму для функции спектрального распределения интенсивности, сделав некоторые странные (для того времени) предположения. В частности, Планка предполагалось , что электромагнитное излучение может излучаться или поглощаться только в дискретных пакетах, называемых квантов, энергии: , где ч является постоянная Планка , v является частота света, с представляет собой скорость света и λ является длиной волны из свет. Предположения Планка привели к правильному виду функций спектрального распределения:
Equanta=hv =h λc
Bλ (λ ,T )= |
2 hc2 |
1 |
|
λ5 ehe/(λ kBT )−1 |
|||
|
|||
5. Два тела имеют одинаковую температуру. При использовании зеленого светофильтра наблюдается одинаковая яркость свечения тел. По какой причине может нарушиться равенство яркости свечения этих тел, если заменить зеленый светофильтр синим?
При смене фильтра изменится длина волны, а температура тела станет другой,
т.к. в формулу T = |
|
Tн |
входит длина волны излучения. При |
||
|
λ T |
н |
|
||
1+ |
ln aT |
|
|||
a2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
изменении светофильтра меняется длина волны. Следовательно, по этой причине может нарушиться равенство яркости свечения тел.