Блок: с – Тепло – 44 вопроса.
C1. Что такое излучение? Приведите примеры
Излучение – процесс испускания и распространение энергии в виде волн и частиц. (Естественный и искусственный свет, излучение микроволновой печи, рентгена и т.д.)
C2. Что такое энергия? Почему формализм энергии так популярен в науке?
Энергия – инструмент описания обмена «тело – среда», «тело-поле», признак этого – возможность установить равновесие м/у телом и излучением. (энергия всей системы const)
C3. Каким образом происходит перенос энергии волной? Приведите примеры
Возмущающий характер переноса = энергия + непрерывность. (Перенос энергии без переноса вещества)
При распространении волны в пространстве от какого-либо источника происходит и распространение энергии: частицы среды, вовлекаемые в колебательное движение, получают энергию от волны.
Пример: Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, следовательно, «продвигающееся» сжатие в пружине переносит с собой потенциальную энергию.
C4. Почему в терминах полей перенос энергии описывают именно на уровне волн?
Перенос энергии в терминах полей часто описывается на уровне волн, потому что волны являются наглядным способом представления динамических изменений в полях, которые распространяются в пространстве и времени. Волны позволяют описать, как энергия передается через поле от одной точки к другой.
C5. Опишите плоскую волну и способы её применения в естественной науке
Плоская волна - это тип волн, характеризующийся тем, что фронт волны (плоскость, перпендикулярная направлению распространения волны) является плоским. Это означает, что все точки на этом фронте колеблются синхронно и с одинаковой амплитудой и частотой.
В естественной науке плоские волны широко используются для моделирования и анализа различных физических явлений, в таких сферах как:
1. Оптика;
2. Сейсмология;
3. Радиоволны;
4. Механика;
5. Геофизика.
C6. Как связана энергия электромагнитного излучения с его длиной волны? Приведите примеры
Энергия
электромагнитного излучения и его длина
волны связаны обратно пропорционально
через постоянную Планка.
Примеры:
1. Рентгеновское излучение;
2. Видимый свет;
3. Микроволновое излучение;
4. Гамма-излучение.
C7. Дать определение теплового излучения. В каком диапазоне спектра физические тела испускают тепловое излучение при комнатной температуре?
Тепловое излучение - электромагнитные волны, испускаемые телами за счёт их внутренней энергии. Тепловое излучение испускают тела, имеющие температуру больше 0 К, то есть разные нагретые тела. Оно имеет сплошной спектр, расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра
Инфракрасной части спектра - всегда тепловое излучение воспринимается как свечение.
C8. Что такое "поток теплового излучения"? Как эта характеристика описывает тепловое излучение?
Это
энергия, излучаемая за единицу времени
со всей поверхности тела. Фактически
это мощность теплового излучения.
[Дж/с = Вт].
C9. Что такое "сила излучения"? Как эта характеристика описывает тепловое излучение? Что такое телесный угол?
Сила
излучения
- отношение потока излучения,
распространяющегося от источника в
определённом направлении внутри малого
телесного угла, к этому телесному углу.
Описывает «Сколько в единичном направлении»
Телесный угол — это часть пространства, ограниченного конической поверхностью произвольной формы с вершиной в точке расположения источника излучения.
C10. Что такое "испускательная способность"? Как эта характеристика описывает тепловое излучение?
Испускательная
способность
(излучательная способность) — основная
характеристика теплового излучения
поверхности нагретого тела.
[ Поток энергии излучения, испускаемого единицей площади поверхности тела за единицу времени ]
Испускательная способность зависит от температуры поверхности тела и характеризуется при каждой температуре определённым спектральным составом испускаемого излучения.
C11. Что такое "интенсивность излучения"? Как эта характеристика описывает тепловое излучение? Какова может быть связь с испускательной способностью?
Интенсивность излучения — ? (это энергетическая характеристика распространяющегося в заданном направлении электромагнитного излучения, пропорциональная квадрату амплитуды его волны.)
C12. Описать принцип построения спектрального представления характеристик теплового излучения. Какова роль малого неаддитивного интервала?
C13. Описать принцип согласования различных спектральных представлений характеристик теплового Излучения.
C14. Что такое "объемная плотность энергии излучения"? Как эта характеристика описывает тепловое излучение? Какова может быть связь с испускательной способностью? Каково условие наличия этой связи?
C15. Что такое "поглощательная способность"? Как эта характеристика описывает тепловое излучение?
C16 Что такое "абсолютно чёрное тело"? Какое отношение это тело имеет к реальным телам? Приведите примеры реального тела, приближенного к абсолютно чёрному.
АЧТ – называют тело, коэффициент поглощения, a которого равен 100%. Оно также, как и остальные тела может поглощать излучения. Примеры таких тел: чёрные дыры, платиновая чернь, сажа.
C17. Что гласит закон Кирхгофа? Какую предсказательную функцию он имеет?
Для заданных частоты и температуры отношение излучательной и поглощательной способностей всех тел универсально и равно излучательной способности абсолютно чёрного тела.
Он позволяет предсказывать поведение реальных тел в отношении излучения и поглощения энергии.
C18. Какой смысл и особенность имеет отношение испускательной способностью реального тела к его поглощательной способности?
Это отношение выражается функцией, независящей от природы тела – спектральной испускательной спб-ю АЧТ.
C19 Поглощательная способность тела равна a(ν, T) = 1 / { [ 1 + exp(-ν / ν0 + 3) ] * [ 1 + exp(-T / T0 + 3) ] }, где ν0 и T0 - эталоны частоты и температуры, соответственно. Найти выражение для испускательной способности тела
C20 Поглощательная способность тела равна a(ν, T) = { (ν / ν0) / [ (ν / ν0) + 1 ] } * { (T / T0) / [ (T / T0) + 1 ] } , где ν0 и T0 - эталоны частоты и температуры, соответственно. Найти выражение для испускательной способности тела
C21 Как выглядит кривая испускательной способности абсолютно чёрного тела в развёртке по частоте излучения? Как связана эта кривая со значением интергральной испускательной способности?
C22 Почему испускательная способность абсолютно чёрного тела всегда больше таковой для любого реального тела?
C23 Что гласит закон Стефана-Больцмана? Какова связь со спектральным представлением испускательной способности?
C24 Как изменится интегральная испускательная способность абсолоютно чёрного тела при его нагреве в два раза?
C25 Как изменится интегральная испускательная способность абсолоютно чёрного тела при его охлаждении в два раза?
C26 Как выглядит закон Вина для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела (с неизвестной функцией)? Как его можно использовать для теоретической реконструкции такой
способности при одной температуре на основе этой способности при другой температуре?
C27 Как выглядит закон Вина для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела (с неизвестной функцией)? Как выглядит константа Стефана-Больцмана в этом формализме?
C28. Что гласит закон смещения Вина? Как он может быть выведен?
Чем
больше температура, тем больше смещение
области частот.
,
достигает максимума на разных длинах
волн, которые обратно пропорциональны
температуре.
C29. Что гласит закон смещения Вина? Какой предсказательной способностью он обладает?
Чем больше температура, тем больше смещение области частот. , достигает максимума на разных длинах волн, которые обратно пропорциональны температуре.
Позволяет предсказывать позицию максимума и описывает почему смещение идёт к большим энергиям.
C30 Куда сместится максимум кривой спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела по частоте, при нагреве тела в два раза?
C31 Куда сместится максимум кривой спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела по частоте, при охлаждении тела в два раза?
C32 Как выглядит формула Вина для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела (с известной функцией)? На какой физической основе она выведена? В каком участке спектра она хорошо воспроизводить экспериментальную кривую?
C33 Как трактуется тепло в подходе Релея-Джинса? Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в данном подходе
C34 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Релея-Джинса. В каком участке спектра (по частотам) это выражение хорошо описывает
экспериментальную кривую? В чём сложность нахождения интегральной испускательной способности в этом подходе?
C35 Опишите модель осциллятора Макса Планка. Почему она является неклассической?
C36 Опишите модель осциллятора Макса Планка. Как выглядит спектр возможных энергетических состояний осциллятора?
C37 Опишите модель осциллятора Макса Планка. Как трактуется выделение/поглощение энергии осциллятором в среду/из среды?
C38 Опишите модель осциллятора Макса Планка. Как связано количество энергии, выделяемое или поглощаемое осциллятором, с частотой выделяемого/поглощаемого излучения?
C39 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Макса Планка. Как на его основе найти значение константы Стефана-Больцмана?
C40 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Макса Планка. Как на его основе можно вывести формулу Релея-Джинса?
C41 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Макса Планка. Как на его основе можно вывести формулу Вина?
C42 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Макса Планка в представлении по частотам и получите это выражение в представлении по длинам волн
C43 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Макса Планка в представлении по длинам волн и получите это выражение в представлении по частотам
C44 Запишите выражение для спектральной испускательной способности абсолютно чёрного тела в подходе Макса Планка в представлении по длинам волн и получите это выражение в представлении по волновым числам