- •Основы кинематики.
- •1.2. Основы динамики.
- •1.3. Законы сохранения в механике.
- •1.4. Механика твердого тела.
- •1.5. Релятивистская динамика.
- •2. Замедление времени. ,
- •1.6. Механические колебания
- •Свободные гармонические незатухающие колебания.
- •2. Свободные затухающие колебания
- •3. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Механические волны.
- •1.8. Основы молекулярно-кинетической теории вещества
- •1.9. Функции распределения максвелла и больцмана.
- •1.10. Основы термодинамики
- •2.1. Электрическое поле в вакууме
- •2.2. Электрическое поле в веществе.
- •Электрический ток.
- •2.4. Магнитное поле в вакууме.
- •Магнитное поле в веществе
- •2.6. Основы теории электромагнитного поля.
- •Ток смещения
- •2. Всякое изменяющееся во времени электрическое поле порождает вихревое магнитное поле.
- •Электромагнитные колебания
- •2.8. Электромагнитные волны.
- •Интерференция и дифракция света .
- •3.2. Поляризация и дисперсия света.
- •3.3. Тепловое излучение.
- •3.4. Фотоэффект. Эффект комптона. Давление света.
- •3.5. Основные положения квантовой механики.
- •3.6. Квантовая теория атома.
- •3.7. Элементы физики твердого тела.
- •3.8. Ядро атома.
- •3.9. Элементарные частицы.
3.3. Тепловое излучение.
Излучение черного тела. Излучение, испускаемое нагретыми телами, называется тепловым. Его принято характеризовать следующими величинами:
Поток теплового излучения ФЭ: энергия, доставляемая в единицу времени на поверхность тела падающими на нее электромагнитными волнами (измеряется в Вт=Дж/с).
Энергетическая светимость тела RЭ – поток излучения, испускаемый единицей площади поверхности тела по всем направлениям,: RЭ=dФЭ / dS (Вт/м2).
Испускательная способность тела rν,T –энергетическая светимость dRЭ , отнесенная к узкому интервалу частот dν , в котором происходит излучение,: rν,T= dRЭ / dν ; она для данного тела зависит как от частоты излучения ν, вблизи которой взят интервал dν, так и от температуры Т тела. Энергетическая светимость и испускательная способность связаны выражением .
Если на единицу площади поверхности тела падает световой поток dФ, то часть этого потока dФ' поглощается телом.
Поглощательной способностью тела аν,T называется отношение поглощенного потока dФ' к падающему dФ, т.е. .
Тела, для которых поглощательная способность для всех частот и температур равна единице (т.е. все падающее излучение поглощается), называются абсолютно черными телами (АЧТ). Г. Кирхгоф показал, что наиболее близка к АЧТ сферическая полость с малым входным отверстием. Излучение, попавшее через отверстие внутрь полости, не сможет из-за многократных отражений от стенок выйти наружу, так что подобная полость выглядит как АЧТ (поглощает все излучение, которое проходит через отверстие). Если поддерживать постоянную температуру стенок полости T, то в результате процессов испускания и поглощения электромагнитного излучения нагретыми стенками устанавливается динамическое равновесие: количество излучения определенной частоты, испускаемого стенкой, равно количеству излучения, поглощаемого стенкой.
Закон Кирхгофа: отношение испускательной и поглощательной способностей тела не зависит от природы тела и является универсальной для всех тел функцией частоты излучения и температуры тела:
.
Универсальная функция Кирхгофа и есть испускательная способность АЧТ ( ) : . Если излучение нагретого АЧТ с помощью спектрального прибора разложить в спектр и измерить энергию, падающую на единицу площади экрана в единицу времени как функцию частоты и температуры тела, то эта зависимость имеет вид (рис.) (кривая 2 соответствует более высокой температуре полости, чем кривая 1). С учетом того, что площадь под зависимостью представляет собой энергетическую светимость тела при данной температуре были получены экспериментальные законы излучения АЧТ.
Закон Стефана—Больцмана: энергетическая светимость АЧТ пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры, т.е. , где σ = 5,67·10 -8 Вт/(м2·Т4) – постоянная Стефана–Больцмана.
Закон смещения Вина: частота νm, на которую приходится максимум испускательной способности АЧТ , пропорциональна его температуре: νт=a·Т. a=1,0352·1011 1/(c·K) – постоянная Вина. (Закон Вина записывают также через длину волны: λm = b/T , где b= с/a=2,898·10-3 м·К – тоже называется постоянной Вина).
Ход экспериментальных кривых для теоретически объяснил М. Планк, предположив, что излучение нагретых тел происходит не непрерывно, а порциями – квантами с энергией hv каждый, где h=6,6262·10-34 Дж·с – постоянная Планка..
Формула Планка для испускательной способности АЧТ:
точно согласуется с данными опытов и объясняет все экспериментальные законы теплового излучения тел.