Ссылка на файл: >>>>>> http://file-portal.ru/Тепловое излучение и его характеристики кратко/
«Тепловое излучение тел и фотоэффект» Введение
Характеристики теплового излучения
Основные свойства теплового излучения
Излучение физическими телами электромагнитных волн света осуществляется за счет различных видов энергии. Наиболее распространенным в природе является тепловое излучение — излучение электромагнитных волн за счет внутренней энергии тела, то есть за счет теплового движения атомов и молекул, из которых состоит данная физическая система. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положения max которого зависит от температуры рис. При высоких температурах излучаются в основном короткие видимые и ультрафиолетовые электромагнитные волны, при низких - преимущественно длинные инфракрасные. Площадь под кривой трансформируется в зависимости от температуры. Если , то кривая переходит в прямую, лежащую на горизонтальной оси длин волн. Если тело помещено в полость, ограниченную идеальной отражающей адиабатической оболочкой, то через некоторое время в результате непрерывного обмена энергией между телом и излучением, наступит термодинамическое равновесие, то есть тело в единицу времени будет столько поглощать энергии, сколько и излучать рис. Допустим, что равновесие между телом и излучением нарушено, то есть излучает больше, чем поглощает, тогда тело будет охлаждаться, и наступит опять равновесие. Все другие виды излучения не равновесны. Знак минус показывает, что с увеличением уменьшается. Возможно перевести из шкалы частот в шкалу длин волн. Законы Стефана — Больцмана и Вина. Тело, у которого , называется абсолютно черным телом АЧТ. Моделью АЧТ может служить полость в твердом теле с тонким выходным каналом рис. Если масса твердого тела достаточно большая, а полость имеет малый размер размер канала около 0,1 диаметра полости , то внутри полости при данной температуре тела Т установится равновесие между веществом тела и излучением внутри полости. В такой ситуации можно считать отверстие канала источником равновесного излучения. Кирхгофф, опираясь на второй закон термодинамики, анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между поглощательной способностью и испускательной:. При этом функция Кирхгофа является для всех тел универсальной функцией частоты или длины волны и температуры. Для черного тела закон Кирхгофа может быть записан следующим образом:. Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуре см. Вин, опираясь на законы термо- и электродинамики, установил зависимость длины волны , соответствующей максимуму функции , от температуры см. Он показывает смещение положения max функции по мере возрастания температуры в область коротких длин волн. Попытка теоретически описать универсальную функцию Кирхгофа была принята Рэлеем и Джинсом — английскими учеными, которые применили к тепловому излучению методы статистической физики, воспользовавшись законом равнораспределения энергии по степеням свободы. Как показал опыт, это выражение согласуется с опытом только в области достаточно малых частот и больших температур см. В области больших частот формула Рэлея — Джинса резко расходится с экспериментом и законами Вина. Вином тоже была сделана попытка построения функции Кирхгофа. В отличии от Релея и Джинса Вин предположил, что распределение энергии по частотам аналогично максвеловскому распределению молекул газа по скоростям. Формула Вина вариант функции Кирхгофа имеет вид см. Правильное, согласующееся с опытными данными выражение для универсальной функции Кирхгофа было найдено в году Планком. Для этого ему пришлось отказаться от положения классической физики, согласно которому энергия любой системы может изменяться непрерывно. Планк предположил, что атомные осцилляторы излучают энергию определенными порциями — квантами. По этой квантовой гипотезе Планка энергия излучения равна:. Из вида этой функции может быть осуществлен вывод формул законов Стефана — Больцмана, Вина и формул Рэлея — Джинса, Вина. Методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности энергетической светимости тел от температуры, называется оптической пирометрией. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения называются оптическими пирометрами. В зависимости от того, какой закон теплового излучения используется, различают радиационную, цветовую и яркостную температуру. В данном случае регистрируется энергетическая светимость исследуемого тела, и по закону Стефана-Больцмана вычисляется радиационная температура. Зная, что серые тела имеют поглощающую способность , к ней применим закон Вина:. Зная , соответствующую максимальной спектральной плотности энергетической светимости R T , определим Т ц. Т я - это температура черного тела, при которой для определенной длины волн его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела. При взаимодействии электрического излучения с веществом излучение передает веществу энергию. В результате такого взаимодействия появляется ряд эффектов. Один из них обнаружен Герцем в году и назван фотоэлектрическим эффектом - это явление вырывания из тел электронов под действием света. Подробно это явление было исследовано Столетовым. Сила тока, возникающая под действием света, прямопропорциональна его интенсивности. Внешний - испускание электронов веществом под действием света твердые тела: Внутренний - это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу, что приводит к возникновению фотопроводимости. Вентильный - возникновение ЭДС фото ЭДС при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла, при отсутствии внешнего электрического поля. Это прямой путь преобразования солнечной энергии в электрическую рис. Для исследования фотоэффекта была создана установка: Зависимость фототока J Ф , образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между электродами. По мере возрастания U фототок постепенно возрастает, то есть все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Максимальное значение тока J нас - фототок насыщения- определяется таким значением U, при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода: Из характеристики следует, что при ,. Для того чтобы , необходимо приложить задерживающее напряжение U з:. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в ед. Максимальная начальная скорость максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой , а именно, линейно возрастает с увеличением рис. В году Эйнштейн показал, что явления фотоэффекта могут быть объяснены на основе квантовой теории. Свет частотой не только испускается, как предложил Планк, но и поглощается веществом отдельными порциями квантами , энергия которых:. Эти кванты получили название частиц фотонов. Энергия поглощающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии. При уменьшении частоты света уменьшается кинетическая энергия электрона, и при , , тогда, согласно уравнению Эйнштейна,. На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов: Энергия, импульс и масса фотона. Фотоэффект доказал корпускулярные свойства света, то есть свет ведет себя как частица, называемая фотоном. Фотон - элементарная частица, которая всегда движется со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. Выражение m ф ; E ф и p ф связывают корпускулярные характеристики фотона — массу, импульс и энергию с волновой характеристикой света — его частотой. С квантовой точки зрения, если фотон обладает импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. При этом, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью придаёт ей свой импульс. Рассчитаем с точки зрения квантовой теории световое давление, оказываемое на поверхность тела потоком монохромного излучения с частотой , падающего перпендикулярно поверхности. Если в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает N фотонов, то при коэффициенте отражения света от поверхности тела фотонов отразится, а поглотится. Каждый поглощенный фотон передаёт импульс , а каждый отраженный при отражении импульс фотона изменится на -. Если - обычная плотность энергии излучения, то. Это выражение подтверждается и экспериментами Лебедева и теорией Максвелла электромагнитного излучения. Экспериментальное подтверждение светового давления на твёрдые тела дано в опытах Лебедева в г. Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения рентгеновского и - излучения на свободных или слабосвязанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длин волн рис. Электроны, энергия связи которых с атомами много меньше энергии фотона называются свободными или слабо связанными. Эффект Комптона — результат упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами вещества. В процессе этого столкновения фотон передаёт электрону часть своей энергии и импульса в соответствии с законами их сокращения. Рассмотрим упругое столкновение двух частиц — налетающего фотона, обладающего импульсом и энергией , с покоящимся свободным электроном энергия покоя , где — масса покоя электрона рис. Фотон, столкнувшись с электроном, отдаст ему часть своей энергии и импульса и изменит направление движения рассеится. Уменьшение энергии фотона означает увеличение длин волны рассеянного излучения. Электрон, ранее покоившийся приобретает импульс и энергию. Поскольку , и получим. Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например протонах. Эффект Комптона, как и фотоэффект на основе квантовых представлений обусловлен взаимодействием фотонов с электронами. В первом случае фотон рассеивается, а во втором — поглощается. Рассеивание происходит при взаимодействии фотона со свободными электронами, а фотоэффект — со связанными электронами. Аналогично рассматриваются и опыты по давлению света. Вышеперечисленные и многие другие опыты показывают, что наряду с волновыми свойствами проявления: Таким образом, электромагнитное излучение как бы двуедино — проявляет и свойства частицы и свойства волны. Эта особенность получила название корпускулярно-волновой дуализм. Корпускулярно — волновой дуализм свойств вещества. Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи, наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами. Итак, согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики — энергия Е и импульс Р, а с другой — волновые характеристики — частота и длина волны. Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства, такие же как и для фотонов. Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопоставляется волновой процесс с длиной волны, определяемой по формуле де Бройля:. С работ Луи де Бройля берет свое начало квантовая механика — раздел физики, который рассматривает поведение микрочастиц в тех случаях, когда ни корпускулярный, ни волновой процессы недостаточны для трактовки событий. Гипотеза де Бройля вскоре была подтверждена экспериментально: Установка для дифракции электронов имеет вид, показанный на рисунке 3. В последствии дифракционные явления обнаружили для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков. Экспериментальное доказательство наличия волновых свойств микрочастиц привело к выводу о том, что перед нами универсальное явление, общее свойство материи. Но тогда волновые свойства должны быть присущи и к макроскопическим телам. Почему же они не обнаружены экспериментально? Такая длина волны лежит за пределами доступной наблюдению области. Поэтому считается, что макроскопические тела проявляют только корпускулярные свойства. Границы изменения классической механики; соотношение неопределённостей Гейзенберга. Согласно двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества, для описания микрочастиц используются то волновые, то корпускулярные представления. Поэтому приписывать им все свойства только частиц или все свойства только волн нельзя. В классической механике всякая частица движется по определенной траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы ее координата и импульс. Микрочастицы из-за наличия волновых свойств существенно отличаются от классических частиц. Основным различием является то, что нельзя говорить о движении микрочастиц по определенной траектории и не правомерно говорить об одновременных точных значениях ее координаты и импульса. Гейзенберг пришел к выводу, что объект микромира невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать и координатой и импульсом. Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга , микрочастица не может иметь одновременно и определенную координату x, y, z и определенную соответствующую проекцию импульса p x ; p y ; p z , причем неопределенности этих величин удовлетворяют условиям:. Соотношение неопределенности является квантовым ограничением применимости классической механики микрообъекта. Уравнение Шредингера для стационарного состояния; волновая функция и её статистический смысл. В квантовой механике состояние микрообъектов описывается принципиально по-новому с помощью волновой функции пси. Так как искомое уравнение должно учитывать волновые свойства частиц, то оно должно быть волновым уравнением, подобно уравнению, описывающему электромагнитные волны. Основное уравнение было введено Шредингером в г. Он базировался на двух аспектах. Нас интересует только амплитудная часть волны де Бройля, то есть сомножителем Y - функция не зависит от времени. Физический смысл волновой функции - он может быть раскрыт путем сопоставления дифракции света и дифракции электронов. Количество фотонов частиц определяется вероятностью P нахождения частиц в данном месте пространства. Если дифракция электронов происходит на решетке, то или , а. Физический смысл имеет не сама функция Y, а её квадрат, он определяет плотность вероятности нахождения частицы в данном месте пространства. То есть по абсолютной величине представляет собой плотность вероятности обнаружения электрона. Если частица существует, то она где-то обнаружит себя, что является абсолютно достоверным событием, а вероятность достоверного события равна 1. Из физического смысла квадрата модуля функции Y вытекает, что в квантовой механике имеет статистический характер движение любой отдельной микрочастицы. Уравнение Шредингера дает не только решение, которое соответствует экспериментально-статистическому распределению частиц, но совместно с условиями, налагаемыми на волновую функцию, дает правило квантования энергии. На пути узкого пучка - частиц располагалась тонкая металлическая фольга из Au; Ag; Cu. При прохождении через фольгу - частицы отклонялись на различные углы. Рассеянные - частицы ударялись об экран, покрытый сернистым цинком, и вызываемые ими вспышки света наблюдались в зрительную трубу сцинтилляция. Труба и экран имеют возможность вращаться вокруг оси, проходящей через центр рассеивающей фольги. Оказалось, что часть - частиц рассеивается на очень большие углы почти o. Анализируя эти результаты, Резерфорд пришел к выводу, что сильное отклонение - частиц возможно лишь при условии, что внутри атома существует сильное электрическое поле, созданное зарядом с большой массой и сконцентрированный в малом объёме. При этом, почти вся масса сосредоточена в ядре, имеющем очень малые размеры по сравнению с размером атома. Размер атома определяется радиусом орбит электронов. Расчёты показали, что за время вся энергия, которой обладает электрон, будет излучена, и он должен упасть на ядро, а атом разрушиться. Однако на самом деле атом устойчив. Однако опыты показали, что спектр атома — линейчатый. Из бесконечного множества электронных орбит, возможных с точки зрения классической механики, осуществляются в действительности только некоторые дискретные орбиты, удовлетворяющие определённым квантовым условиям. Электрон, находящийся на одной из этих орбит, несмотря на то, что он движется с ускорением, не излучает электромагнитных волн света. Эти квантовые условия можно математически записать так:. Излучение испускается или поглощается в виде светового кванта энергии при переходе электрона из одного стационарного устойчивого состояния в другое. Величина светового кванта равна разности энергии тех стационарных состояний, между которыми совершается квантовый скачок электрона:. Эти постулаты дали возможность определить и , действующие на электрон. Найдём - скорость на орбите, подставив значение r в формулу 1 постулата. Однако эта теория Бора пригодилась лишь для атома H 2. Приближённая картина движения электрона в поле ядра по Бору нуждалась в существенном изменении. В модели Бора электрон движется по круговой орбите и обладает одной степенью свободы. На самом деле электрон, вращаясь вокруг ядра, имеет 3 степени свободы, поэтому функция, описывающая это движение, является функцией 3-х координат:. Этот результат определяется тремя квантовыми числами: При этом ясно, что момент импульса механический орбитальный момент принимает дискретные значения. Механический момент , где I — момент инерции. Отношение называется орбитальным гиромагнитным соотношением. Величина - магнетрон Бора, равная и являющаяся единицей измерения. Это говорит о квантуемости магнитного момента. Тогда магнитный момент - это говорит о квантуемости магнитного момента. Таким образом, квантовые числа и их значения являются следствием решений уравнения Шредингера и условий однозначности, непрерывности и конечности, налагаемых на волновую функцию. Герлахом были поставлены опыты г , целью которых являлось измерение магнитных моментов. Идея опытов Штерна и Герлаха заключалась в измерении силы, действующей на атом в неоднородном магнитном поле. В трубку, где был создан вакуум, помещался источник пучка атомов, нагреваемый до высокой температуры серебряный шарик катод. Атомы серебра вылетали с его поверхности и через щелевые диафрагмы проходили через сильное неоднородное магнитное поле, направленное перпендикулярно пучку. Необходимая неоднородность была создана за счёт сильного электромагнита SN с полосными наконечниками специальной формы. Если бы момент импульса L e атома и его магнитный момент P m мог принимать произвольные ориентации в магнитном поле, то можно было бы ожидать непрерывного распределения попаданий атомов на пластину с большей плотностью паданий в середину и с меньшей по краям. Опыты, проведённые с серебром и атомами других элементов периодической системы привели к совершенно другому результату. На фотопластинке получились две резкие полосы — все атомы отклонялись в магнитном поле двояко, что соответствовало лишь двум возможным ориентациям магнитного момента во внешнем поле. Для объяснения этого результата можно предположить, что у электрона, помимо орбитального момента импульса L e и соответствующего ему магнитного момента Р m , имеется собственный механический момент импульса L S , который называется спином электрона и который обладает соответствующим ему собственным магнитным моментом. Из общих выводов квантовой механики следует, что спин должен быть квантовым по закону. Таким образом, проекция спинового механического момента импульса на направление поля может принимать два значения:. Отношение - спиновое гиромагнитное отношение, оно в двое превышает орбитальное гиромагнитное отношение. Принцип неразличимости тождественных частиц. Если перейти от рассмотрения движения одной микрочастицы одного электрона к многоэлектронным системам, то проявляются особые свойства, не имеющие аналогов в классической физике. Пусть квантово-механическая система состоит из одинаковых частиц, например, электронов. Все электроны имеют одинаковые физические свойства - массу, электрический заряд, спин и др. Такие частицы называются тождественными. Необычные свойства системы одинаковых тождественных частиц проявляются в фундаментальном принципе неразличимости тождественных частиц, согласно которому невозможно экспериментально различить тождественные частицы. В классической механике даже одинаковые частицы можно различить по положению в пространстве и импульсам. Если частицу пронумеровать, то можно проследить траекторию ее движения. В квантовой механике положение иное. Из соотношения неопределенности вытекает, что для микрочастицы вообще не применимо понятие траектории; состояние микрочастицы описывается волновой функцией , позволяющей вычислить лишь вероятность 2 нахождения частицы в окрестностях той или иной точки пространства. Таким образом, в квантовой механике тождественные частицы полностью теряют свою индивидуальность и становятся неразличимыми. Принимая во внимание физический смысл 2 , принцип неразличимости тождественных частиц можно записать в виде:. Если при перемене мест частицами волновая функция не меняет знака, то она называется симметричной , если меняет - антисимметричной. Изменение знака волновой функции не означает изменение состояния, так как физический смысл имеет лишь квадрат модуля волновой функции. Частицы с полуцелым спином например, электроны, протоны, нейтроны описываются антисимметричными волновыми функциями и называются фермионами , подчиняются статистике Ферми-Дирака. Частицы с нулевым или целочисленным спином например p-мезоны описываются симметричными волновыми функциями и называются бозонами , подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Сложные частицы атомные ядра , составленные из нечетного числа фермионов, являются фермионами суммарный спин - полуцелый , а из четного - бозонами суммарный спин целый. Обобщая опытные данные Паули сформулировал принцип, согласно которому системы фермионов встречаются в природе только в состояниях, описываемых антисимметричными волновыми функциями. Заметим, что число однотипных бозонов находящихся в одном и том же состоянии не лимитируется. Распределение электронов в атоме подчиняется принципу Паули: Принцип Паули утверждает, что два электрона, связанные в одном и том же атоме, различаются значениями по крайней мере одного квантового числа. Согласно формуле , данному n соответствует n 2 различных состояний, отличающихся значениями и m e. Квантовое число принимает лишь два значения. Поэтому максимальное число электронов находится в состояниях, определяемых данным главным квантовым числом и равно:. Совокупность электронов, имеющих одно и то же главное квантовое число n, называется электронной оболочкой. В каждой из оболочек электроны распределяются по подоболочкам , соответствующим данному. Поскольку , число подоболочек равно порядковому номеру n- оболочки. Количество электронов в подоболочке определяется магнитным и магнитным спиновым квантовым числами: Таблица обозначения оболочек и распределения электронов по оболочкам и подоболочкам. Если известны 3 квантовых числа n, , m e то. Если известны 2 квантовых числа n, то. Если известно 1 квантовое число n то. Исследование спектров излучения разреженных газов то есть отдельных атомов показали, что каждому газу присущ вполне определенный линейчатый спектр, состоящий из отдельных спектральных линий. Бальмер подобрал эмпирическую формулу, описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода в видимой области спектра:. Так как , то:. Формула Бальмера дает возможность рассчитать либо энергию фотона, либо частоту, при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой. Она справедлива для водорода и водородоподобных атомов. Из второго постулата Бора: Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения Понятие о зонной теории твердых тел Дефект массы и энергия связи ядра Спин ядра и его магнитный момент Реакция синтеза атомных ядер Прохождение частиц сквозь потенциальный барьер. Тепловое , излучение , характеристики 0. Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Тепловое излучение и его характеристики. Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:. Излучение абсолютно черного тела. Итоги лекции N 1 ЛЕКЦИЯ N Краткие исторические сведения Тепловое излучение Излучение абсолютно черного тела Закон Кирхгофа Итоги лекции N ЛЕКЦИЯ N Проблема излучения абсолютно черного тела Формула Планка Закон ЛЕКЦИЯ N Проблема фотоэффекта Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта Итоги лекции N Защита от теплового излучения Кафедра Техносферной Безопасности Квантовая гипотеза Планка и формула Планка Тепловое излучение это электромагнитное излучение возникающее за счет Тепловое излучение практически единственный вид излучения который мо жет быть равновесным Предположим что нагретые Тепловое излучение Иногда под тепловым излучением понимают не только равновесное, но также и неравновесное излучение тел, обусловленное их нагреванием. Такое… Поэтому для теплового излучения тел должно выполняться правило Прево: Способы описания и характеристики электромагнитного излучения оптического диапазона Способы описания и характеристики Любое устройство квантовой и оптической электроники в подавляющем большинстве случаев содержит источник излучения при мник излучения и если это История развития пассажирского автомобильного транспорта. Виды пассажирского транспорта, их классификация и характеристика. Классификация и характеристика пассажирских автомобильных перевозок В современных условиях дальнейшее развитие и совершенствование экономики От его четкости и надежности во многом зависят трудовой ритм предприятий промышленности строительства и сельского Тепловые процессы и аппараты. Виды теплообмена и теплообменных пр. Перенос тепла от одного тела к др. Тепло переносится за счет х явлений теплопроводности конвекции и лучеиспувкания Теплопроводность перенос тепла за счет дв Микрочастиц в газах Теплообмен может сопровождаться охлаждением или нагреванием М б Перенос тепла теплопроводность Закон Фурье Произведение Т по нормали к изотермам поверхности наз Градиентом Характеристика перевозной работы Южной железной дороги и экономико-географическая характеристика северо-восточного региона украины А также изложены вопросы по характеру перевозной работы дороги, расчет и обоснование густоты железнодорожной сети по административно-территориальным… Большое значение имеет близость Донецкого бассейна на юге и столичного района… Северная часть региона север Сумской обл. Климатические воздействия и их характеристики. Радиационные воздействия их характеристика Формирование естественных климатических воздействий При составлении технических условий на РЭСИ, а также программы и методики испытаний естественные… Радиационный процесс характеризуется распределением радиационного баланса R,… Уравнение радиационного баланса: Информация в виде рефератов, конспектов, лекций, курсовых и дипломных работ имеют своего автора, которому принадлежат права. Поэтому, прежде чем использовать какую либо информацию с этого сайта, убедитесь, что этим Вы не нарушаете чье либо право. Формулы Вина, Рэлея — Джинса и Планка. Тепловое излучение и его характеристики Излучение физическими телами электромагнитных волн света осуществляется за счет различных видов энергии. Тепловое излучение — практически единичный вид излучения, который является равновесным. Тепловое излучение имеет количественные характеристики: Испускательную способность тела r можно рассматривать как в шкале частот, так и длин волн. Связь испускательной способности тела в шкале частот и длин волн. Законы Стефана — Больцмана и Вина Тело, у которого , называется абсолютно черным телом АЧТ. Кирхгофф, опираясь на второй закон термодинамики, анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между поглощательной способностью и испускательной: Для черного тела закон Кирхгофа может быть записан следующим образом: Энергетическая светимость абсолютно черного тела зависит только от температуры. Анализ экспериментальных кривых Кирхгофа показал: Закон Стефана — Больцмана. I Закон Вина закон смещения. Максимум испускательной способности пропорционален T 5 см. Формулы Вина, Рэлея — Джинса и Планка Формула Релея-Джинса. По этой квантовой гипотезе Планка энергия излучения равна: Тогда универсальная функция Кирхгофа будет иметь следующий вид: Оптическая пирометрия Методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности энергетической светимости тел от температуры, называется оптической пирометрией. Зная, что серые тела имеют поглощающую способность , к ней применим закон Вина: Для серых тел цветовая температура совпадает с истинной. В качестве яркостного пирометра используют пирометр с исчезающей нитью. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом При взаимодействии электрического излучения с веществом излучение передает веществу энергию. Столетов установил следующие закономерности: Наиболее эффективное действие оказывает ультрафиолетовое излучение. Под действием света вещество теряет только отрицательные заряды. Различают фотоэффекты внешний, внутренний, вентильный. Для того чтобы , необходимо приложить задерживающее напряжение U з: Красная граница Существуют 3 закона фотоэффекта: Свет частотой не только испускается, как предложил Планк, но и поглощается веществом отдельными порциями квантами , энергия которых: По закону сохранения энергии,. Это и есть уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. При уменьшении частоты света уменьшается кинетическая энергия электрона, и при , , тогда, согласно уравнению Эйнштейна, ,. Она зависит лишь от работы выхода, то есть химической природы вещества и состояния его поверхности. Тогда уравнение Эйнштейна будет иметь вид: Эти средства используются в автоматизированных системах управления. Энергия, импульс и масса фотона Фотоэффект доказал корпускулярные свойства света, то есть свет ведет себя как частица, называемая фотоном. Энергия фотона , а его масса при движении. Импульс фотона , или в векторном виде , где - волновой вектор. Давление света С квантовой точки зрения, если фотон обладает импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. Давление света на поверхность равно импульсу: Значение светового давления на крышки определялось по углу закручивания. Давление света на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на зачернённую. Эффект Комптона Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения рентгеновского и - излучения на свободных или слабосвязанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длин волн рис. Пусть импульс и энергия рассеянного фотона равны: При таком столкновении выполняется закон сохранения импульса и энергии: Поскольку , и получим , , где - постоянная Комптона комптоновская длина волны для электрона. Корпускулярно-волновой дуализм Вышеперечисленные и многие другие опыты показывают, что наряду с волновыми свойствами проявления: Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопоставляется волновой процесс с длиной волны, определяемой по формуле де Бройля: Границы изменения классической механики; соотношение неопределённостей Гейзенберга Согласно двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества, для описания микрочастиц используются то волновые, то корпускулярные представления. Необходимо внести некоторые ограничения в применении классической механики к объектам микромира. Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга , микрочастица не может иметь одновременно и определенную координату x, y, z и определенную соответствующую проекцию импульса p x ; p y ; p z , причем неопределенности этих величин удовлетворяют условиям: Уравнение Шредингера для стационарного состояния; волновая функция и её статистический смысл В квантовой механике состояние микрообъектов описывается принципиально по-новому с помощью волновой функции пси. С точки зрения того, что корпускула это и волна, то по де Бройлю: Решениями уравнения 1 и 2 являются функции вида: Что представляет собой волновая функция Y и для чего необходимо уравнение Шредингера? Уравнение Шредингера описывает свойства и поведение микрочастицы в квантовой механике. Количество фотонов частиц определяется вероятностью P нахождения частиц в данном месте пространства - волновая теория, - корпускулярная теория. То есть по абсолютной величине представляет собой плотность вероятности обнаружения электрона , или , вероятность нахождения частиц в объеме. Проинтегрировав по всему пространству , то есть полная вероятность обнаружения частицы где-то в пространстве равна 1 условие нормировки. Квантовое число — как результат решения уравнения Шредингера. Опыт Штерна и Герлаха. Теория Бора В г. Резерфорд проводил исследование структуры атомов. В году Резерфорд предложил ядерную модель атома. Анализ модели Резерфорда привёл к противоречию с точки зрения электродинамики: Из этих двух противоречий следует: Либо знание классической физики неприемлемо к атому. Либо атомы системы неустойчивы. Эти противоречия устранил в году Нильс Бор. Он выдвинул два постулата: Эти квантовые условия можно математически записать так: Величина светового кванта равна разности энергии тех стационарных состояний, между которыми совершается квантовый скачок электрона: Квантовое число как результат решения уравнения Шредингера Приближённая картина движения электрона в поле ядра по Бору нуждалась в существенном изменении. На самом деле электрон, вращаясь вокруг ядра, имеет 3 степени свободы, поэтому функция, описывающая это движение, является функцией 3-х координат: Воспользуемся уравнением Шредингера для пространственной системы координат: Для его решения удобно использовать сферическую систему координат: Результат решения этого уравнения имеет вид: Идея опытов Штерна и Герлаха заключалась в измерении силы, действующей на атом в неоднородном магнитном поле , где B — индукция магнитного поля направленного вдоль оси z неоднородного только вдоль этой оси. Таким образом, проекция спинового механического момента импульса на направление поля может принимать два значения: Проекция собственного магнитного момента электрона равна магнетону Бора: Распределение электронов в атоме по состояниям. Понятие об энергетических уровнях молекул, спектры молекул. Фермионы и Бозоны Если перейти от рассмотрения движения одной микрочастицы одного электрона к многоэлектронным системам, то проявляются особые свойства, не имеющие аналогов в классической физике. Принимая во внимание физический смысл 2 , принцип неразличимости тождественных частиц можно записать в виде: Из выражения вытекает, что возможны два случая: Установлено, что симметрия или антисимметрия волновых функций определяется спином частиц. Формула Бальмера Состояние электрона в атоме однозначно определяется набором четных квантовых чисел: Поэтому максимальное число электронов находится в состояниях, определяемых данным главным квантовым числом и равно: Бальмер подобрал эмпирическую формулу, описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода в видимой области спектра: Так как , то: Понятие об энергитических уровнях молекул, спектры молекул - энергия, обусловленная электронной конфигурацией электронная конфигурация ; - энергия, соответствующая колебаниям молекулы колебательная или вращательная… - энергия, связанная с вращением молекулы вращательная или ротационная энергия. Оптические квантовые генераторы Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Принципы излучения действия лазера и особенности генерируемого им. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Если атом находится в основном состоянии 1, то под действием внешнего излучения может осуществляться вынужденный переход в возбуждённое состояние 2,… Атом, находящийся в возбуждённом состоянии 2, может через некоторый промежуток… Если на атом, находящийся в возбуждённом состоянии, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условно ,… Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения Элементы физики твердого тела Элементы физики атомного ядра Массовое и зарядовое число Ядерные реакции и их основные типы Что будем делать с полученным материалом: Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях: Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему: Подпишитесь на Нашу рассылку. Новости и инфо для студентов Свежие новости Актуальные обзоры событий Студенческая жизнь. Соответствующий теме материал Похожее По категориям По работам Тепловое излучение. Испускательная и поглощательная способность. Абсолютно черное Тело Законы теплового излучения Распределение энергии в спектре излучения Абсолютно черного тела Квантовая гипотеза и формула Планка Следствия Планка закоы Стефана Больцмана Вина Формула Рэлея Джинса Металлы в твердом и,… Физические свойства. К физическим свойствам металлов и сплавов относится температура плавления, плотность, температурный коэфициет… Тепловые сети и потери тепловой энергии Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная… Наиболее ответственными элементами являются трубы, которые должны быть… Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: Двойственная корпускулярно волновая природа Частиц вещества Гипотеза де Бройля Тепловое излучение имеет место при любой температуре При этом независимо от температуры тело испускает все без Философия История Социология Демография Экономика Государство Юриспруденция Право Политика Науковедение Культура Образование Педагогика Психология Лингвистика Литература Искусство Журналистика и СМИ Компьютеры Программирование Информатика Религия Математика Физика Механика Химия Биология Геология География Астрономия Энергетика Электротехника Электроника Связь Высокие технологии Машиностроение Ядерная техника Приборостроение Полиграфия Биотехнологии Промышленность Производство Строительство Архитектура Сельское хозяйство Торговля Туризм Транспорт Медицина Спорт Военное дело Изобретательство Охрана труда Экология Маркетинг Менеджмент Иностранные языки Финансы Кулинария Косметика Домостроительство Без категории. Рефераты Контрольные Работы Шпоры Домашние Задания Доклады Курсовые Работы Курсовые Проекты Отчетные Работы Расчетно-пояснительные Записки Лабораторно-практические Работы Самостоятельные Работы Дипломные Работы Зачетные Работы Комплексные Задания Расчетно-графические Работы Индивидуальные Работы Домашние Работы Семинары Отчеты по Практике Лекции Методические Указания Лабораторные Работы Расчетно-графические Задания Дипломные Работы Дипломные Проекты Конспекты Лекций Конспекты. О Сайте Рефераты Правила Пользования Правообладателям Обратная связь.
Спазмы в грудине
Сколько ехать от калуги до белгорода
Где лечат детей с зпр
Тепловое излучение
Выкидывает из google play market
Подключить интернет за 200 рублей
Один цент 1991 г сколько стоит
Тепловое излучение и его характеристики
Ходатайство в ростехнадзор образец
Асцит причины возникновения виды
Тепловое излучение
Турка из нержавеющей стали
У собаки вылез глаз что делать
Девственник со зрелой
«Тепловое излучение тел и фотоэффект» Введение
Мужчина стал унижать