Закон Кирхгофа
Кирхгоф, опираясь на второй закон термодинамики и анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между спектральной плотностью энергетической светимости и спектральной поглощательной способностью тел. Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности есть величина постоянная, оно не зависит от природы тела и является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (закон Кирхгофа):
(37.7)
Таким образом, универсальная функция Кирхгофа r,T есть не что иное, как спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела. Следовательно, согласно закону Кирхгофа, для всех тел отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности равно спектральной плотности энергетической светимости черного тела при той же температуре.
Из закона Кирхгофа следует, что спектральная плотность энергетической светимости любого реального тела в любой области спектра всегда меньше спектральной плотности энергетической светимости черного тела (при тех же значениях Т и v), так как а,Т < 1 и поэтому R,T<r,T. Кроме того, из (37.7) вытекает, что если тело при данной температуре T не поглощает электромагнитные волны в интервале частот от v до v+dv, то оно их в этом интервале частот при температуре T и не излучает, так как при а,Т =0 R,Т = 0.
Используя закон Кирхгофа, выражение для энергетической светимости тела (37.3) можно записать в виде
Для серого тела
где
,
— энергия электромагнитного излучения,
испускаемого за единицу времени
(мощность излучения) с единицы площади
поверхности тела в интервале частот
от
до
+ d.
Единица спектральной плотности энергетической светимости (R,T) — джоуль на метр в квадрате (Дж/м2).
Записанную формулу можно представить в виде функции длины волны:
= R,Td = R,Td.
Так как c = , то
где знак минус указывает на то, что с возрастанием одной из величин ( или ) другая величина убывает. Поэтому в дальнейшем знак минус будем опускать. Таким образом,
(37.5)
С помощью формулы (37.5) можно перейти от R,T к R,T, и наоборот.
Зная спектральную плотность энергетической светимости, можно вычислить интегральную энергетическую светимость (интегральную излучательность) (ее называют просто энергетической светимостью тела), просуммировав по всем частотам:
(37.6)
В
ажную
роль в процессах поглощения и излучения
энергии играет и рассмотренная уже
способность тел поглощать падающее на
них излучение, которая характеризуется
спектральной поглощательной способностью,
показывающей, какая доля энергии,
приносимой за единицу времени на единицу
площади поверхности тела падающими на
нее электромагнитными волнами с
частотами от
до
+ d.,
поглощается телом. Спектральная
поглощательная способность — величина
безразмерная.
Спектральная поглощательная способность черного тела для всех частот и
Магнитное поле. Закон Лапласа.
Взаимодействие токов опосредствуется магнитным полем – особым видом материи, воздействующей на движущиеся электрические заряды и порожденной движущимися зарядами.
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В, кроме того, используются напряженность Н и магнитный поток Ф. Условились считать, что вектор магнитной индукции В в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля. Бесконечно малая магнитная стрелка не может своим присутствием искажать то поле, в которое она вносится.
Для графического изображения магнитных полей удобно пользоваться линиями магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В в этих точках поля.
Рис.20.1. Картины магнитных силовых линий.
Линии магнитной индукции проще всего наблюдать с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам. Картины плоских сечений простейших магнитных полей (рис. 20.1) известны из курса физики средней школы.
Из рис. 20.1, б, в, г видно, что линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током. Вблизи проводника линии магнитной индукции лежат в плоскостях, перпендикулярных к проводнику. Направление линий индукции магнитного поля тока определяется по известному правилу буравчика, если ввинчивать буравчик по направлению движения тока в проводнике, то направление движения его рукоятки укажет направление линий магнитной индукции (рис21.2).
Для сравнения магнитного поля с электростатическим полезно напомнить, что силовые линии электростатического поля разомкнуты. Они начинаются на положительных зарядах, оканчиваются на отрицательных, и вблизи от заряженного проводника направлены перпендикулярно к его поверхности.
Рис.21.2. Определение ориентации линий индукции магнитного поля.
Из сопоставления рис. 21.1, а и 21.1, г видно, что магнитное поле вне соленоида, т. е. длинной катушки с током, подобно магнитному полю полосового магнита. Северный полюс магнита (рис. 21.1, а) совпадает с тем концом соленоида, из которого ток в витках виден идущим против часовой стрелки (рис. 21.1, г). Магнитное поле кругового тока (рис. 21.1, в), представляющего собой один виток соленоида, подобно полю очень короткого полосового магнита, расположенного в центре витка так, чтобы его ось была перпендикулярна к
Сжатый свет, как и двухфотонный свет, оказывается полезным при точных измерениях. Его использование позволяет уменьшить ошибки эксперимента, связанные с квантовой неопределенностью. Как известно, квантовые объекты чаще всего не имеют точно заданных параметров; их свойства можно назвать "размазанными", так же как "размазано" их положение в. При особо точных измерениях, когда погрешности эксперимента сведены к минимуму, эта размазанность свойств становится принципиальным ограничением точности. Использование сжатого света позволяет обойти эту трудность и уменьшить размазанность, но лишь в определенные моменты времени - совсем "обмануть" квантовую механику не удается.
Наконец, одно из недавно появившихся применений неклассического света - это секретная передача информации (квантовая криптография). Для этого удобнее всего использовать однофотонный свет. Идея квантовой криптографии - в том, чтобы передавать информацию отдельными фотонами. Например, цифры 0 и 1 кодируются поляризацией фотонов: вертикально поляризованный фотон обозначает "0", а горизонтально поляризованный фотон - "1". Такая передача информации будет секретной, потому что ее нельзя "подслушать". Любой подслушиватель может лишь перехватить некоторые фотоны целиком - ведь он не может отщепить часть фотона и узнать таким образом его поляризацию. Но перехваченные фотоны просто не будут участвовать в передаче информации! Поэтому информация, переданная отдельными квантами, надежно защищена от подслушивания.
43 вопрос тепловые свойства света.