Часть II «строение вещества»

Глава 1

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Среди различных видов возбуждения молекул и атомов термическое возбуждение издавна играет особую роль. По этой причине термически возбужденное излучение («тепловое излучение») было изучено исчерпывающим образом. Венцом этих работ было установление закона излучения Планка и связанное с ним открытие универсальной постоянной h. Мы выделяем тепловое излучение, противопоставляя его различным видам люминесценции (свечение тел в результате электрического разряда, химических процессов и т. д.), так как это единственный вид излучения, который может находиться в состоянии теплового равновесия с различными телами.

§1. Основные опытные факты

Совокупность опытных результатов можно в настоящее время подытожить следующим образом.

1. Все тела обмениваются энергией излучения, причем более теплые тела охлаждаются, а более холодные — нагреваются. При демонстрации этого положения нужно исключитьтеплопроводность.Поэтому целесообразно пользоваться двумя вогнутыми зеркалами, поставленными одно против другого на расстоянии нескольких метров. В фокусе одного из зеркал ставят измеритель излучения (термоэлемент). В фокусе другого сперва держат палец, потом сосуд, наполненный ледяной водой. В первом случае измеритель излучения покажет нагревание, во втором — охлаждение (в шутку можно сказать, что «излучается холод»).

2. Сила излучения резко возрастает при повышении температуры.Для демонстрации этого положения берут электрическую кастрюлю, снабжают ее термометром и ставят в качестве источника излучения («передатчика») на расстоянии около1/2 мот измерителя излучения («приемника»).

3. При повышении температуры меняется спектральное распределение силы излучения.Любая проволока, если ее медленно нагревать электрическим током, дает последовательно невидимое излучение, воспринимаемое только как ощущение тепла, затем красное, желтое и, наконец, белое каление.

4. При одинаковых температурах тело, поглощающее свет, излучает больше, чем прозрачное тело.Чтобы продемонстрировать это, нагревают ряд различных тел одинаковой величины одинаковыми бунзеновскими горелками, дающими несветящееся пламя, и наблюдают свечение тел. Палочка из прозрачного стекла практически не поглощает видимого света и светит очень слабо. Палочка из цветного стекла поглощает часть видимого света и светит сильно. Прозрачная стеклянная трубка, напол­ненная мелкимпорошкомиз цветного стекла,рассеиваетпа­дающий видимый свет. Лишь ничтожные коли­чества света могут проникнуть внутрь и погло­титься. Значит, порошокпоглощаетменьше, чем сплошное тело, и, в соответствии с этим, он меньше исветит.Другой пример. Ярко светя­щееся пламя светильного газа, содержащею пары бензола («карбюрированного»), ставится перед конденсором проекционного аппарата: на экране появляется совершенно темное изобра­жение пламени. Бесчисленные мель­чайшие частицы угля, взвешенные в пламени (сажа), поглощают значительную долю света проекционной лампы. Затем это пламя, путем увеличения подвода воздуха, превращают обычным способом в «бунзеновское пламя», т.е. все частички угля сгорают, и сажа не образуется. Вследствие этого на экране уже не видно изображения пламени, так как оно больше не поглощает видимого света. Одновременно пропадает и излучение пламени. Пламя, не поглощающее видимого света, не может и испускать его. Пламя свечи также дает в проекционном аппарате темное изображение. Таким образом, тепловое излучение света пламенями основано на излучении твердых, поглощающихвидимыйсвет тел, а именно на излучении частиц сажи.

Правило Прево. Согласно правилу Прево (1809 г), если два тела поглощают разные количества энергии, то и излучение будет различным Правило Прево подтверждается опытными данными. Следует отметить, что при одинаковой температуре спектральный состав излучения различных тел также будет различным. Если взять два одинаковых по форме тела, например стержни из кварца и стали, то при одной и той же температуре, например приС, кварцевый стержень не излучает видимых лучей и поэтому не светится, в то время как накалённная сталь излучает яркий вишнёво-красный свет.