Закон излучения Планка. Рис.

Планка закон излучения, формула Планка, закон распределения энергии в спектре равновесного излучения (электромагнитного излучения, находящегося в термодинамическом равновесии с веществом) при определённой температуре. Был впервые выведен М. Планком в 1900 на основе гипотезы квантов энергии. П. з. и. даёт спектральную зависимость от частоты v или длины волны l =c/n (где с — скорость света) объёмной плотности излучения r (энергии излучения в единице объёма) и пропорциональной ей испускательной способности абсолютно чёрного тела  (энергии излучения, испускаемой единицей его поверхности за единицу времени). Функции rn,T и un,T(или rl, T и ul, T), отнесённые к единице интервала частот (или длин волн), являются универсальными функциями от n (или l) и Т, не зависящими от природы вещества, с которым излучение находится в равновесии.

П. З. И. Выражается формулой:

 (1)

или

 (2)

где h — Планка постоянная, k — Больцмана постоянная. Вид функции (2) для разных температур показан на рис. С ростом Т максимум функции смещается в сторону малых длин волн.

Из п. З. И. Вытекают др. Законы равновесного излучения. Интегрирование по n (или l) от 0 до ¥ даёт значения полной объёмной плотности излучения по всем частотам — Стефана — Больцмана закон излучения:

  , где

И полной испускательной способности чёрного тела:

, где

В области больших частот энергия фотона много больше тепловой энергии (hn = kT)и П. з. и. переходит в Вина закон излучения: rv, T = (8phn3/c3) e -hv/kT, в области малых частот, когда kT >> hn,— в Рэлея — Джинса закон излучения: rv, T =(8pn2lc3) kT. Эти законы, т. о., представляют собой предельные случаи П. з. и. Вина закон смещения является также следствием П. з. и., который можно представить в виде: rv, T = v3f (n/T), где f (n/T) — функция только от отношения nк Т

БИЛЕТ22

1. Структура и виды круговоротов в ландшафтной сфере Земли

2. Земная кора и роль эндо- и экзогенных процессов. Общие сведения Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы Масса Земли приблизительно равна 5,98×1024 кг.Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет. Приблизительно 70,8 % поверхности планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, относительно твёрдого слоя называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и внутреннее твёрдое железное ядро.

Строение

Земная кора

Земля, подобно трём другим планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она представляет собой металлическое ядро, окруженное твёрдыми силикатными оболочками (крайне вязкой мантией и земной корой). Внешняя часть металлического ядра жидкая, а внутренняя — твёрдая. Ядро состоит из железно-никелевого сплава с примесью других элементов. Земная кора — это верхняя часть твёрдой оболочки. Толщина земной коры колеблется в пределах от 6 км под океаном, до 30—50 км на континентах. В строении Земли различают два вида земной коры — континентальная земная кора и океаническая земная кора. Континентальная земная кора имеет три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора представлена в большей степени породами основного состава, плюс осадочный чехол. Крайне вязкая мантия — это силикатная оболочка планеты, сложенная в основном породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и т.д. В строении Земли доля мантии примерно 67 % от массы Земли и около 83 % от её объёма. Глубина расположения мантии - от 5 — 70 км ниже границы с земной корой, до границы с металлическим ядром на глубине 2900 км. Таким образом, мантия находится в достаточно большом диапазоне глубин. Мантию принято разделять на верхнюю и нижнюю. Выше границы 660 километров расположена верхняя мантия, а ниже, естественно, нижняя. Эти две части мантии отличаются друг от друга составом, строением и физическими свойствами. Известно, что верхняя мантия за весь период формирования Земли претерпела достаточно значительные изменения, она же и породила земную кору. Нижняя же мантия, изучена значительно меньше, но есть все основания полагать, что её состав со времен формирования строения Земли претерпел гораздо меньшие изменения

На земную поверхность постоянно действуют силы, изменяющие земную кору, способствующие формированию рельефа. Все эти процессы различны, но их можно объединить в две группы: внешние (или экзогенные) и внутренние (или эндогенные). Экзогенные процессы действуют на поверхности Земли, а эндогенные — глубинные процессы, источники которых находятся в недрахпланеты. Извне воздействуют на Землю силы притяжения Луны и Солнца. Сила притяжения других небесных тел очень мала, однако некоторые ученые считают, что в геологической истории Земли гравитационные воздействия из космоса могут возрасти. Многие ученые к внешним, или экзогенным, силам относят и земное притяжение, из-за которого случаются оползни, обвалы в горах, двигаются с гор ледники.

Экзогенные силы разрушают, преобразуют земную кору, переносят рыхлые и растворимые продукты разрушения, осуществляемого водой, ветром, ледниками. Одновременно с разрушением идет и процесс накопления, или аккумуляция продуктов разрушения. Разрушительные действия экзогенных процессов зачастую нежелательны и даже опасны для человека. К таким опасным явлениям относятся, например, селегрязекаменные потоки. Они могут сносить мосты, плотины, уничтожать посевы. Опасны и оползни, которые тоже приводят к разрушению различных построек, нанося тем самым ущерб хозяйству, унося жизни людей. Среди экзогенных процессов необходимо отметить -и выветривание, которое приводит к выравниванию рельефа, а также и роль ветра.

Эндогенные процессы поднимают отдельные участки земной коры. Они способствуют образованию крупных форм рельефа — мегаформ и макроформ. Главный источник энергии эндогенных процессов — внутренняя теплота в недрах Земли. Эти процессы вызывают движение магмы, вулканическую деятельность, землетрясения, медленные колебания земной коры. Внутренние силы работают в недрах планеты и совершенно скрыты от наших глаз.

Таким образом, развитие земной коры, формирование рельефа являются результатом совместного действия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) сил и процессов. Они выступают как две противоположные стороны единого процесса. Благодаря эндогенным, в основном созидающим процессам образуются крупные формы рельефа — равнины, горные системы. Экзогенные же процессы преимущественно разрушают и выравнивают земную поверхность, но при этом формируют более мелкие (микроформы) формы рельефа — овраги, речные долины, а также накапливают продукты разрушения.

3. Общая циркуляция атмосферы. Основными факторами, влияющими на формирование климата Земли, является солнечная радиация, циркуляция атмосферы и характер подстилающей поверхности. Под их совместным влиянием и происходит формирование климатов в различных районах земного шара.

Количество поступающего солнечного тепла зависит от ряда факторов, однако определяющим является угол падения солнечных лучей. Поэтому в низкие широты поступает значительно больше солнечной энергии, чем в средние и тем более высокие.

Общей циркуляцией атмосферы называют круговорот воздуха на земном шаре, приводящий к переносу его из низких широт в высокие и обратно.

Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Так, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся также: вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву.

В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов - от величины десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны).

Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения до сих пор.

"Машина планеты" описывается в одной старинной книге так: "Экватор словно горячий паровой котел. Белые шапки полюсов - там холодильники. А топка - это Солнце. Лучистое солнечное тепло нагревает котел - воздух экватора. Нагретый воздух поднимается и течет к холодильникам, там остывает и, опускаясь, течет понизу к экватору. Так над Землей вращается огромное воздушное колесо, которое приводит в ход Солнце". Это первое кольцо планетарной циркуляции.

Но вращение земли отклоняет эти движущиеся массы в северном полушарии вправо, и влево - в южном. Вот воздух уже стремится не на север, а на северо-восток и где-то на расстоянии 30 градусов от экватора идет уже не по меридиану, а по широте с запада на восток. Накопление воздуха в районе 30 градуса широты приводит к образованию пояса повышенного давления над поверхностью Земли. От этого пояса воздух растекается в обе стороны, подвергаясь действию отклоняющей силы вращения Земли (силы Кариолиса). Одни воздушные массы, охлаждаясь, поворачивают назад - к экватору и имеют северо-восточное направление (их называют пассатами) и замыкаютвторое кольцо циркуляции атмосферы - кольцо пассатов.

Другие массы идут дальше на север, но сила Кариолиса отклоняет их вправо, здесь образуется система юго-западных и западных ветров, преобладающих в умеренных широтах. А у полюса воздух, охлаждаясь, опускается вниз и растекается к югу. Причем ветер приобретает направление с востока на запад. При встрече с воздухом умеренных широт происходит подъем этих воздушных масс. Так замыкается третье кольцо движения воздушных масс.

Безусловно, это очень упрощенная картина планетарной циркуляции. Итак, по схеме получилось три замкнутых кольца, но в природе эти кольца связаны в единый механизм. Разве ветер ходит по одному маршруту? Экваториальный воздух иногда прорывается через пассатное кольцо и добирается до полюса, на средиземноморском побережье с затоком арктического воздуха весной замерзли сады.

А на Земле есть еще различная подстилающая поверхность - материки и океаны. Каждый материк летом очень быстро нагревается, а зимой выхолаживается. Значит в "машине планеты" есть и другие котлы и холодильники, которые работают по-разному в каждом сезоне. Зимой материк - холодильник, а океан - котел, летом наоборот. Так в сложный круговорот воздуха вливается еще и колесо муссонов, которое летом вращается в одну сторону, а летом в другую. Но об этом и других мелкомасштабных формах циркуляции читайте в следующих сообщениях

БИЛЕТ 23

1. Ландшафтная сфера, ландшафтная оболочка, центральный, приземный слой географической оболочки, находящийся в зоне непосредственного контакта, взаимного проникновения и активного энерго-массообмена литосферы, атмосферы и гидросферы, слой наивысшей концентрации жизни на Земле – ее биологический фокус.

Термин предложен географом Ю. К. Ефремовым (1950) как сфера, охватывающая природные и антропогенные ландшафты и само человечество в биосоциальном аспекте. С. В. Калесник рассматривал ландшафтную сферу  как синоним географической оболочки. Основы учения о ландшафтной сфере были заложены в отечественной географии Ф.Н. Мильковым (1959). Структурными элементами ландшафтной сферы являются географические ландшафты.

Целостность ландшафтной оболочки обеспечивается ее внут¬ренней структурой, т.е совокупностью ее частей, характером их взаимосвязей и взаимодействия. Различают три ос-новных струк¬турных уровня ее организации:  1. Вещественный (геокомпонентный);  2. Вертикальный (радиальный);  3. Лате¬ральный (комплексный). 1. Вещественная структура ландшафтной оболочки. Вещественному уровню принадлежит важная роль в обособлении отдельных частей (геокомпонентов) ландшафтной сферы. Геокомпоненты - это совокупность веществ одно-родных по сво¬ему химическому, физическому, биологическому составу. Различают следую-щие компонен¬ты: - горные породы (минералы); - почвы; - воды; - воздух; - растения; - животные.  За каждым из компонентов стоит определенный тип вещества. Кроме того, к компо-нентам относят рельеф и климат (микроклимат), не имеющие под собой какого-либо вещест-венного содержания. Геокомпоненты в ландшафтной оболочке формируют четыре контрастные среды: земную кору (горные по¬роды и минералы), воздушную тропосферу (воздух) и гидросферу - в твердом (лед) и жидком (вода) состояниях. В формировании внутренней структуры ланд-шафт¬ной оболочки принимают участие не все среды одновременно, а лишь отдельные их комбинации, разобщенные территориально. На Земле наблюдается пять комбинаций прямого со¬прикосновения контрастных сред. Комбинации отличаются друг от друга интенсивностью и формами взаимного обмена веще-ством и энергией, и, следова¬тельно, в каждой из них формируется особая ландшафтная об-ста¬новка, принципиально отличающаяся от других. Наземный вариант формируется в условиях суши, где осуществляется контакт лито-генной и воздушной сред. Это наи¬более изученный в настоящее время вариант ландшафтной сфе¬ры. Водный, или водноповерхностный, вариант охватывает поверхностную часть вод Ми-рового океана и имеет максималь¬ную площадь среди всех других вариантов. Включает в се-бя кро¬ме приземных слоев воздуха, также верхнюю толщу вод океана до глубины 200 м, так как именно в этих пределах возможен про¬цесс фотосинтеза. Донный вариант весьма своеобразен. Здесь атмосфера за¬мещена водой, а почвы - илами. Полностью отсутствует свет. Возникает он на дне Мирового океана, охватывая его батиальную и абиссальную зоны.  Земноводный вариант по совокупности образующих его компонентов наиболее слож-ный. Он охватывает все поверхност¬ные, воды (реки, озера и др.), морские мелководья (до глубины 200 м), а также собственно литоральную зону, являющуюся ядром этого варианта. Ледовый вариант включает в себя ледники суши и много¬летние морские льды. И те, и другие - производные климатиче¬ских, условий. Их основная область распространения - вы-сокие широты обоих полушарий и высокогорья Земли. 2. Вертикальная структура ландшафтной оболочки. Вертикальная структура ландшафтной оболочки выражается через набор ее ярусов, сменяющих друг друга снизу вверх (от центра Земли к ее периферии) и поэтому как бы обра-зующих ее радиальную составляющую - R-структуру. При движении в этом направлении в границах ландшафтной сферы хорошо обо¬собляются, но при этом активно взаимодействуют следующие ее горизонты, или ярусы:  1) литогенный, совпадающий в основном с корой выветрива¬ния;  2) почвенный, или биопедостромный, представленный педосферой;  3) надземно-биостромный, образованный растениями и жи¬вотными, использующими поверхность Земли для жизни и передвижения, а также включающий в себя продукты раз¬рушения биострома (опад, отпад и т.д.); 4) воздушный, с присущими ему органическими включения¬ми: спорами, пыльцой, на-секомыми, птицами и т.д. Данная вертикальная структура характерна только назем¬ному варианту ландшафтной сферы. В других вариантах она но¬сит иной, резко отличный от представленного, характер. 3. Горизонтальная структура ландшафтной оболочки. Шарообразная форма Земли и связанное с ней неравномер¬ное распределение солнеч-ной радиации, сложное вещественное и гипсометрическое устройство ее поверхности (суша - океан, горы - равнины и прочее) - все это приводит к тому, что в каждой точ¬ке поверхности Земли создается только ей присущий набор гео¬компонентов и сочетание геосфер. Подобный характер горизон¬тальной, а точнее латеральной L - структуры, дифференциа¬ции ландшафт-ной оболочки выражается посредством существования в ее пределах разнообразнейших при-родно-территориальных комплексов, или ландшафтов.