1. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа для теплового равновесия.

Самым распространенным видом электромагнитного излучения является тепловое излучение. Оно совершается за счет энергии хаотического движения молекул и атомов и присуще всем телам, температура которых отлична от абсолютного нуля. При хаотическом движении электрически заряженных частиц в нагретом теле происходит их торможение и ускорение, что приводит к излучению электромагнитных волн. Тепловое излучение тела при данной температуре определяется его излучательной способностью. Все тела обладают способностью поглощения попавшего на них излучения. Между испускательной и поглощательной способностью любого тела имеется определенная связь, определяемая законом Кирхгофа: отношение излучательной и поглощательной способности любого тела при данной температуре не зависит от природы тела и равно излучательной способности черного тела.

Всякое тело поглощает те лучи, которые само может испускать, и в спектрах поглощения и испускания положения соответствующих линий совпадают.

2. Энергетическая светимость черного тела. Закон Стефана-Больцмана.

Энергетическая светимость теплового излучения- это поверхностная плотность мощности теплового излучения всех возможных частот, испускаемого с единицы поверхности тела за единицу времени; обозначается R.

Закон Стефана-Больцмана: Излучательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его температуры.

R=δ*Т⁴ , где δ=5,67*10^-8 Дж м^-2 с^-1 К^-4 –постоянная Стефана-Больцмана.

Энергия излучения за время t черным телом с поверхности S при температуре Т определяется по формуле: W= δ Т⁴ S t= R S t.

3. «Ультрафиолетовая катастрофа». Закон Вина.

Согласно волновой теории энергия излучения нагретого тела, соответствующая различным частотам должна возрастать с увеличением частоты, что противоречило опытным данным и реальному смыслу.

Это означает, что в излучении лампы накаливания должно быть много ультрафиолетовых лучей.

Это не соответствие физической теории с опытом получило название «ультрафиолетовой катастрофы».

Однако опыты показывали, что энергия излучения вначале действительно растет с увеличением частоты, но, пройдя через максимум, начинает уменьшаться, стремясь к нулю при высоких частотах.

Планк установил закон распределения энергии излучения черного тела по длинам волн: Длина волны, на которую приходится наибольшая энергия излучения, тем меньше, чем выше температура излучаемого тела.

Математически эта связь была установлена Вином в 1893 году: произведение длины волны соответствующей максимуму излучения в спектре абсолютного черного тела, на его абсолютную температуру есть величина постоянная.

,

где b – постоянная величина b = 2,898*10^-3 м К.

Вопросы для самопроверки;

1. Какое излучение совершается за счет энергии хаотического движения молекул и атомов и присуще всем телам, температура которых отлична от абсолютного нуля?

2. Сформулируйте закон Кирхгофа.

3. Чему равна излучательная способность абсолютно черного тела? Формула.

4. Запишите формулу Вина.

5. Что приводит к излучению электромагнитных волн в нагретом теле?

6. Сформулируйте закон Стефана – Больцмана.

7. Чему равна энергия излучения черным телом?

8. Кто установил закон распределения энергии излучения черного тела по длинам волн?

Тема: Квантовая природа света. Энергия кванта. Спектральные классы звезд. Фотоэлектрический эффект. Применение фотоэффекта в технике.