20. Тепловое излучение и люминесценция. Абсолютное чёрное тело. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана. Законы Вина. Квантовая гипотеза. Формула Планка.

1. Электромагнитное излучение вызывается колебаниями электрических зарядов входящих в вещество (электроны и ионы).

Электроны создают потоки энергии в высококачественной области, а ионы в низкокачественной области спектра излучения.

Виды ЭМизлучения.

1. Хемилюминесценция – люминесценция происходит в результате химических превращений.

2. Фотолюминесценция – свечение, которое происходит в результате свечения тел.

3. Электролюминесценция – сопровождает тлеющий разряд, происходит в лампах дневного света при горении электрической дуги, когда происходит искра (гром и молния).

4. Тепловое излучение – сопровождается очень длинными инфракрасными волнами.

Если разместить разные тела в вакуум, то окажется, что все тела принимают одинаковую температуру, следовательно, тепловое равновесие имеет динамический характер: сколько тело отдаёт тепла, столько и получает.

Этот факт позволил швейцарскому физику Пьеро Прево составить правило: «Если 2 тела А1 и А2 обладают разной способностью к поглощению энергии, то и их способность к испусканию энергии не может быть одинаковой».

2. А_v,Т – это тело, поглощающее весь падающий на него поток излучения.

А_v,T , _v,T – поглощающая способность.

Е_v,T , _v,T - испускающая энергия.

Для А_v,T : А_р,т=– не зависит от длины волны λ.

- поглощённый поток.

–падающий поток.

Закон Кирхгофа связывает поглощательную способность тела А_υt, т.е. с потоком энергии Ф, испускаемым единицей поверхности в единицу времени в спектральном диапазоне υ и ∆υ+υ, в котором излучается испускательная способность.

9

3

6

0

υ, *10¹⁴ГЦ

Е,υ

Df=Eυdυ

Суммарное тепловое излучение Е_тепл=

(s=1м²)

Для А_v,T отношение – не зависит от природы тела и есть универсальная для всех тел функция частоты и температуры (испускательная способность А_v,T).

Универсальная функция Кирхгофа – есть ни что иное, как испускательная способность А_v,T. В центре внимания в теории теплового излучения стоит функция ε_υт=f(υ,T)/

Австрийские физики Стефан и Больцман установили или показали, что для АЧТ справедливо выражение:

–«сигма»

(4) – носит название закон об интенсивности интегр-го излучения А_v,T (во всём диапазоне волн от 0 до +∞)

Для других тел: Е=ВТⁿ, где В и n – для любого к-го тела своё значение.

3) В 1893 нем. физик Вин на основании приложения термодинамики и энтропии к тепловому излучению получил, что испускательная способность А_v,T имеет вид:

, c – скорость света.

Им было найдено, что частота максимального излучения зависит от функции f().

T₁

T₂

Установили, что отношение :

=b

T₃

3 Закон Вина: длина волны λ_m (max) соответствует max значению испускательной способностиА_v,T обратнопропорционально его термодинамической температуре: ,.

Следовательно, при понижении температуры АЧТ max энергии его излучения смещается в область больших длин волн: (λ=).

Общая теория и экспериментальные данные были получены: Max испускательная способность А_v,T пропорциональна 5-й степени его термодинамической температуры.

4. В 1900 М. Планк предположил, что энергия испускается осцилляторами маленькими порциями (квантами), причём энергия кванта пропорциональна частоте hυ, где h – постоянная Планка, h=6,626*10^-34Дж*с

Эйнштейн назвал это предложение открытием, придающим атомическую природу энергии, управляемой универсальной постоянной Планка рррhhhhhhhhhhhhh.

Планк нашёл универсальное выражение для испускательной способности А_v,T:

, c – скорость света =10⁸ м/с; h – постоянная Планка; k – постоянная Больцмана = 1,38*10^-23 Дж/град.

Это выражение подходит и описывает все законы, которые были установлены ранее для теплового излучения.

Примеры: 1) υ – мало, Т – велико, следует :

а из этого следует kT

2) υ – велико, Т – мало, следует >1