Главная | Обратная связь

Тепловое излучение.

Излучение происходит порциями.

Имеет место при любой температуре, отличной от температуры абсолютного нуля.

В спектре излучения нагретого тела наблюдаются практически все длины волн, но максимум излучения приходится в каждом отдельном случае на определенный диапазон длин волн.

 

Характеристики ТИ.

1. R_T- энергетическая светимость.Энергия, излучаемая с единицы поверхности во времени во всем диапазоне длин волн.

- интегральная характеристика.

2. - испускательная способность (спектральная плоскость энергетической светимости).Энергия, излучаемая с единицы поверхности во времени в узком (единичном) диапазоне длин волн (в определенной области спектра).

- дифференциальная характеристика.

3. - поглощательная способность (коэффициент поглощения). Показывает, какая доля падающей на тело энергии поглощается телом.

Ф - световой поток.

Ф=R_T*S

=Ф’(поглощенный поток энергии)/ Ф(падающий- весь поток энергии)

=1- абсолютно черное тело.

 

Закон Кирхгофа.

Утверждает, что отношение двух характеристик теплового излучения r и a не зависит от природы тела и является константой для разных тел, взятых при одной и той же температуре.

- испускательная способность

Для абсолютно черного тела

 

В 1900г. Макс Планк выдвигает гипотезу, что нагретое (холодное) тело испускает (поглощает) отдельными порциями – квантами.

Исходя из этой гипотезы и применив законы статистики Планк рассчитал . Эта формула получила название «функция Планка для теплового излучения».

График ее выглядит:

Рис.1.1

Анализ.

1.площадь S, ограниченная кривой графика:

Если подставить в это выражение значение функции Планка, то , где G=5,76*10^-8 Вт/м²К⁴- константа Стефана-Больцмана. Для серого тела:

R_T=GT⁴ - для абс. черного тела. Этот теоретический вывод Планка совпал с ранее полученным экспериментальным законом Стефана-Больцмана.

2. ; =max

Максимум у относится к , показывая, что значение максимально, а не .

- этот теоретический вывод Планка совпал с ранее полученным экспериментальным законом – первым законом Вина, который иначе называется «закон смещения».

b=2,90*10^-3 м*К- первая константа Вина.

3. ; -max. Если подставить ее в формулу функции Планка, получим максимальное значение испускательной способности абсолютно черного тела ( =max), которое оказывается прямо пропорционально Т⁵.

_max=С₁Т⁵ - этот теоретический вывод Планка совпал с ранее полученным экспериментальным законом – вторым законом Вина. С₁=1,29*10^-5 Вт/м²К⁵– вторая константа Вина.

 

ОБЩИЙ ВЫВОД.

Совпадение выводов из теории Планка с экспериментальными законами подтверждает справедливость квантовой гипотезы теплового излучения.

Из анализа всех ранее рассмотренных нами явлений (фотоэффект…) окончательно делаем вывод, что свету (фотону) присуще свойства и волновые и квантовые одновременно.

 

Атомная физика.

Краткие теоретические сведения к началу ХХ столетия.

А. Атом – чрезвычайно устойчивая система.

Б. Атом – может при определенных условиях излучать (поглощать). На это указывали спектры излучения (поглощения). Причем, они являются линейчатыми. Следовательно, атом излучает (поглощает) не постоянно, а дискретно (квантами, отдельными порциями).

В. В 1911г. опытами Резерфорда был «опровергнут» первый вывод: было установлено, что атом есть система сложная, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов (атом[q=0]=ядро[+Ze]+электроны[-Ze]).

Z(порядковый номер элемента в таблице Менделеева).

m_атома m_ядра;

 

По каким законам движутся электроны в атоме?

1. Попытка дана классической электромагнитной теорией.

Рис.1.2

По законам классической теории движение заряженной частицы с ускорением должно сопровождаться:

- непрерывным излучением энергии. Следовательно, спектр излучения атома должен быть сплошным.

- так как атом непрерывно теряет энергию, то электрон неизбежно должен упасть на ядро, т.е. атом – неустойчивая система.

Оба эти вывода противоречат эксперименту.

 

2. Попытка объяснить законы движения электронов в атоме дана в 1913 году Нильсом Бором(1885-1962гг.).

Теория Бора.

ПОСТУЛАТЫ.

А. Атомы характеризуются известными состояниями, называемыми стационарными, в которых, несмотря на происходящие в них движения электронов, атомы не излучают и не поглощают энергию. В каждом таком состоянии электрон движется по орбите определенного радиуса и имеет строго определенную энергию.

СТРУКТУРНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА АТОМА.

Рис.1.3.

m_eV_nr_n - момент импульса электрона на орбите.

, n- главное квантовое число, показывает номер орбиты.

h=6,62*10^-34 Дж*сек- постоянная Планка.

n=1,2,3….; r1,r2,r3,…..; E1,E2,E3….. - дискретный ряд (квантовый).

Момент импульса на орбите целократен . Это есть правило квантования орбит по Бору.

Б. Атом может испускать (поглощать) монохроматическое излучение только при переходе электрона с одной орбиты на другую.

- правило частот Бора.

- излучения энергии.

n1>n2 - излучение (с большей орбиты на меньшую); n1<n2 - поглощение.