Топлинно излъчване. Енергийна светимост

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ Закон на Стефан Болцман Връзка между енергийната осветеност R e и спектралната плътност на енергийната осветеност на черно тяло Енергийна осветеност на сиво тяло Закон за изместване на Виен (1-ви закон) Зависимост на максималната спектрална плътност на енергийната осветеност на черно тяло тяло върху температура (2-ри закон) Формула на Планк

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 1. Максималната спектрална плътност на светимостта на слънчевата енергия възниква при дължина на вълната = 0,48 микрона. Ако приемем, че Слънцето излъчва като черно тяло, определете: 1) температурата на повърхността му; 2) мощността, излъчвана от повърхността му. Според закона за изместване на Виен, мощността, излъчвана от повърхността на Слънцето, според закона на Стефан Болцман,

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 2. Определете количеството топлина, загубено от 50 cm 2 от повърхността на разтопената платина за 1 минута, ако абсорбционният капацитет на платината A T = 0,8. Точката на топене на платината е 1770 °C. Количеството топлина, загубено от платината, е равно на енергията, излъчвана от нейната гореща повърхност, според закона на Стефан Болцман.

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 3. Електрическа пещ консумира мощност P = 500 W. Температурата на вътрешната му повърхност с отворен малък отвор с диаметър d = 5,0 cm е 700 °C. Каква част от консумацията на енергия се разсейва от стените? Общата мощност се определя от сумата на мощността, освободена през дупката, мощността, разсейвана от стените. Според закона на Стефан Болцман,

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 4 Волфрамова жичка се нагрява във вакуум с ток със сила I = 1 A до температура T 1 = 1000 K. При каква сила на тока нишката ще се нагрее до температура T 2 = 3000 K? Коефициентите на поглъщане на волфрама и неговото съпротивление, съответстващи на температурите T 1, T 2, са равни на: a 1 = 0,115 и a 2 = 0,334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Излъчената мощност е равна на мощността, консумирана от електрическата верига в стационарно състояние Електрическа мощност, освободена в проводника Според закона на Стефан Болцман,

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 5. В спектъра на Слънцето максималната спектрална плътност на енергийната яркост се среща при дължина на вълната 0,0 = 0,47 микрона. Ако приемем, че Слънцето излъчва като напълно черно тяло, намерете интензитета на слънчевата радиация (т.е. плътността на радиационния поток) близо до Земята извън нейната атмосфера. Светлинен интензитет (интензитет на излъчване) Светлинен поток Според законите на Стефан Болцман и Виен

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 6. Дължина на вълната 0, която отчита максималната енергия в радиационния спектър на черното тяло, е 0,58 микрона. Определете максималната спектрална плътност на енергийната осветеност (r,T) max, изчислена за интервала на дължината на вълната = 1 nm, близо до 0. Максималната спектрална плътност на енергийната осветеност е пропорционална на петата степен на температурата и се изразява чрез 2-рия закон на Wien. Температурата T се изразява от закона за изместване на Wien. Стойността C е дадена в единици SI, в които единичният интервал на дължината на вълната е 1 m. nm, така че записваме стойността на C в единици SI и я преизчисляваме за даден интервал на дължина на вълната:

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ 7. Изследване на спектъра на слънчевата радиация показва, че максималната спектрална плътност на енергийната светимост съответства на дължина на вълната = 500 nm. Приемайки Слънцето за черно тяло, определете: 1) енергийната светимост R e на Слънцето; 2) енергиен поток F e, излъчван от Слънцето; 3) масата на електромагнитните вълни (с всички дължини), излъчени от Слънцето за 1 s. 1. Според законите на Стефан Болцман и Виен 2. Светлинен поток 3. Масата на електромагнитните вълни (с всички дължини), излъчвани от Слънцето за време t = 1 s, определяме чрез прилагане на закона за пропорционалност на масата и енергията E = ms 2. Енергията на електромагнитните вълни, излъчвани през време t, е равна на произведението на енергийния поток Ф e ((мощност на излъчване) по време: E=Ф e t. Следователно Ф e = ms 2, откъдето m= Ф e /с 2.

d Φ e (\displaystyle d\Phi _(e)), излъчван от малка площ от повърхността на източника на радиация, към неговата площ d S (\displaystyle dS) : M e = d Φ e d S .

(\displaystyle M_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS)).)

Също така се казва, че енергийната светимост е повърхностната плътност на излъчения радиационен поток.

Излъчваното лъчение може да възникне в самата повърхност, тогава те говорят за самосветеща повърхност. Друг вариант се наблюдава, когато повърхността е осветена отвън. В такива случаи част от падащия поток задължително се връща обратно в резултат на разсейване и отражение. Тогава изразът за енергийната светимост има формата:

M e = (ρ + σ) ⋅ E e , (\displaystyle M_(e)=(\rho +\sigma)\cdot E_(e),)

Къде ρ (\displaystyle \rho )и σ (\displaystyle \sigma )- съответно коефициент на отражение и коефициент на разсейване на повърхността и - нейното излъчване.

Други имена на енергийна светимост, понякога използвани в литературата, но не предвидени от GOST: - излъчвателна способности интегрирана излъчвателна способност.

Спектрална плътност на енергийната светимост

Спектрална плътност на енергийната светимост M e , λ (λ) (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda))- отношение на големината на енергийната светимост d M e (λ) , (\displaystyle dM_(e)(\lambda),)попадащи в малък спектрален интервал d λ , (\displaystyle d\lambda ,), сключен между λ (\displaystyle \lambda)и λ + d λ (\displaystyle \lambda +d\lambda ), до ширината на този интервал:

M e , λ (λ) = d M e (λ) d λ .

(\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dM_(e)(\lambda))(d\lambda )).)

Единицата SI е W m−3. Тъй като дължините на вълните на оптичното излъчване обикновено се измерват в нанометри, на практика често се използва W m −2 nm −1. Понякога в литературата M e , λ (\displaystyle M_(e,\lambda )) се наричат.

спектрална излъчвателна способност

Лек аналог

Къде M v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m M e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle M_(v)=K_(m)\cdot \int \limits _(380~nm)^ (780~nm)M_(e,\lambda )(\lambda)V(\lambda)d\lambda,) K m (\displaystyle K_(m))

- максимална светлинна радиационна ефективност, равна на 683 lm / W в системата SI. Числената му стойност следва директно от определението за кандела.

Информация за други основни енергийни фотометрични величини и техните светлинни аналози е дадена в таблицата. Обозначенията на количествата са дадени съгласно GOST 26148-84.

Енергийни фотометрични SI величини	Име (синоним)	Обозначение на количеството	Определение	Нотация на единици SI
Светлинна величина	Радиационна енергия (лъчиста енергия) Q e (\displaystyle Q_(e)) или	W (\displaystyle W)	Енергия, предавана чрез радиация	Дж
Светлинна енергия	Радиационен поток (лъчист поток)Φ (\displaystyle \Phi ) P (\displaystyle P)	Φ e = d Q e d t (\displaystyle \Phi _(e)=(\frac (dQ_(e))(dt)))	У	Светлинен поток
Интензитет на радиация (интензитет на светлинна енергия)	I e (\displaystyle I_(e))	I e = d Φ e d Ω (\displaystyle I_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(d\Omega )))	W sr −1	Силата на светлината
Обемна плътност на енергията на излъчване	U e (\displaystyle U_(e))	U e = d Q e d V (\displaystyle U_(e)=(\frac (dQ_(e))(dV)))	J m −3	Обемна плътност на светлинната енергия
Енергийна яркост	L e (\displaystyle L_(e))	L e = d 2 Φ e d Ω d S 1 cos ⁡ ε (\displaystyle L_(e)=(\frac (d^(2)\Phi _(e))(d\Omega \,dS_(1)\, \cos \varepsilon )))	W m−2 sr−1	Яркост
Интегрална енергийна яркост	Λ e (\displaystyle \Lambda _(e))	Λ e = ∫ 0 t L e (t ′) d t ′ (\displaystyle \Lambda _(e)=\int _(0)^(t)L_(e)(t")dt")	J m −2 sr −1	Интегрална яркост
Излъчване (енергийно осветление)	E e (\displaystyle E_(e))	E e = d Φ e d S 2 (\displaystyle E_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS_(2))))	W m−2

Спектралната плътност на енергийната осветеност (яркост) е функция, показваща разпределението на енергийната осветеност (яркост) в спектъра на излъчване.
Това означава, че:
Енергийната светимост е плътността на повърхностния поток на енергията, излъчвана от повърхността
Енергийната яркост е количеството поток, излъчван на единица площ на единица телесен ъгъл в дадена посока

Абсолютно черно тяло- физическа идеализация, използвана в термодинамиката, тяло, което абсорбира всички падащи върху него електромагнитни лъчения във всички диапазони и не отразява нищо. Въпреки името, напълно черно тяло може само по себе си да излъчва електромагнитно излъчване с всякаква честота и визуално да има цвят. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло се определя само от неговата температура.

Чисто черно тяло

Чисто черно тяло- това е физическа абстракция (модел), която се разбира като тяло, което напълно абсорбира всички падащи върху него електромагнитни лъчения

За напълно черно тяло

Сиво тяло

Сиво тяло- това е тяло, чийто коефициент на поглъщане не зависи от честотата, а зависи само от температурата

За сиво тяло

Законът на Кирхоф за топлинното излъчване

Съотношението на излъчвателната способност на всяко тяло към неговата абсорбционна способност е еднакво за всички тела при дадена температура за дадена честота и не зависи от тяхната форма и химическа природа.

Температурна зависимост на спектралната плътност на енергийната светимост на абсолютно черно тяло

Зависимостта на спектралната плътност на енергията на излъчване L (T) на черно тяло от температурата T в диапазона на микровълновото излъчване е установена за температурния диапазон от 6300 до 100 000 K.

Законът за изместване на Виендава зависимостта на дължината на вълната, при която потокът от енергийно излъчване на черно тяло достига своя максимум от температурата на черното тяло.

B=2,90*m*K

Закон на Стефан-Болцман

Формула Rayleigh-jeans

Формула на Планк

постоянна лента

Фото ефекте излъчването на електрони от вещество под въздействието на светлина (и, най-общо казано, всяко електромагнитно излъчване). В кондензирани вещества (твърди и течни) има външен и вътрешен фотоелектричен ефект.

Закони на фотоелектричния ефект:

Формулиране 1-ви закон на фотоелектричния ефект: броят на електроните, излъчени от светлина от повърхността на метал за единица време при дадена честота, е право пропорционален на светлинния поток, осветяващ метала.

Според 2-ри закон на фотоелектричния ефект, максималната кинетична енергия на електроните, изхвърлени от светлината, нараства линейно с честотата на светлината и не зависи от нейния интензитет.

3-ти закон на фотоелектричния ефект: за всяко вещество има червена граница на фотоелектричния ефект, тоест минималната честота на светлината (или максималната дължина на вълната λ 0), при която фотоелектричният ефект все още е възможен, и ако , тогава фотоелектричният ефект вече не се появява.

Фотон- елементарна частица, квант електромагнитно излъчване (в тесния смисъл на светлината). Това е безмасова частица, която може да съществува само като се движи със скоростта на светлината. Електрическият заряд на фотона също е нула.

Уравнението на Айнщайн за външния фотоелектричен ефект

Фотоклетка- електронно устройство, което преобразува фотонната енергия в електрическа. Първата фотоклетка, базирана на външния фотоефект, е създадена от Александър Столетов в края на 19 век.

енергия, маса и импулс на фотона

Лек натиске налягането, създадено от електромагнитни светлинни вълни, падащи върху повърхността на тялото.

Натискът p, упражняван от вълната върху металната повърхност, може да се изчисли като съотношението на резултантните сили на Лоренц, действащи върху свободните електрони в повърхностния слой на метала към повърхността на метала:

Квантовата теория на светлината обяснява лек натискв резултат на фотони, които предават импулса си на атоми или молекули на материята.

Комптън ефект(Ефект на Комптън) - феноменът на промяна на дължината на вълната на електромагнитното излъчване поради еластично разсейване от електрони

Дължина на вълната на Комптън

Хипотезата на Де Бройле, че френският физик Луи дьо Бройл изложи идеята за приписване на вълнови свойства на електрона. Правейки аналогия между кванта, де Бройл предполага, че движението на електрон или всяка друга частица с маса в покой е свързано с вълнов процес.

Хипотезата на Де Бройлустановява, че движеща се частица с енергия E и импулс p съответства на вълнов процес, чиято честота е равна на:

и дължина на вълната:

където p е импулсът на движещата се частица.

Експеримент на Дейвисън-Гермър- физически експеримент за електронна дифракция, проведен през 1927 г. от американските учени Клинтън Дейвисън и Лестър Гермър.

Проведено е изследване на отражението на електрони от монокристал на никел. Устройството включва единичен кристал от никел, шлифован под ъгъл и монтиран на държач. Лъч от монохроматични електрони беше насочен перпендикулярно на равнината на полираното сечение. Скоростта на електроните се определя от напрежението на електронния пистолет:

Фарадеева чаша беше монтирана под ъгъл спрямо падащия електронен лъч, свързана с чувствителен галванометър. Въз основа на показанията на галванометъра се определя интензитетът на електронния лъч, отразен от кристала. Цялата инсталация беше във вакуум.

В експериментите се измерва интензитетът на електронния лъч, разпръснат от кристала, в зависимост от ъгъла на разсейване, азимуталния ъгъл и скоростта на електроните в лъча.

Експериментите показват, че има изразена селективност в разсейването на електрони. При различни ъгли и скорости в отразените лъчи се наблюдават максимуми и минимуми на интензитета. Максимално условие:

Ето междуравнинното разстояние.

Така се наблюдава електронна дифракция върху кристалната решетка на единичен кристал. Експериментът беше блестящо потвърждение за съществуването на вълнови свойства в микрочастиците.

Вълнова функция, или пси функция- функция с комплексни стойности, използвана в квантовата механика за описание на чистото състояние на система. Е коефициентът на разширение на вектора на състоянието върху база (обикновено координатна):

където е координатният базисен вектор и е вълновата функция в координатно представяне.

Физическото значение на вълновата функция е, че според копенхагенската интерпретация на квантовата механика, плътността на вероятността за намиране на частица в дадена точка в пространството в даден момент от времето се счита за равна на квадрата на абсолютната стойност на вълнова функция на това състояние в координатно представяне.

Принцип на неопределеността на Хайзенберг(или Хайзенберг) в квантовата механика - фундаментално неравенство (съотношение на несигурност), което задава границата на точност за едновременното определяне на двойка физически наблюдаеми, характеризиращи квантова система (виж физическо количество), описано от некомутиращи оператори (например координати и импулс, ток и напрежение, електрическо и магнитно поле). Отношението на неопределеността [* 1] задава долна граница за произведението на стандартните отклонения на двойка квантови наблюдаеми. Принципът на неопределеността, открит от Вернер Хайзенберг през 1927 г., е един от крайъгълните камъни на квантовата механика.

Обозначение на количествотоАко има няколко (много) идентични копия на системата в дадено състояние, тогава измерените стойности на координатата и импулса ще се подчиняват на определено разпределение на вероятностите - това е основен постулат на квантовата механика. Чрез измерване на стойността на стандартното отклонение на координатата и стандартното отклонение на импулса ще открием, че:

Уравнение на Шрьодингер

Потенциален кладенец– област от пространството, където има локален минимум на потенциалната енергия на частица.

Тунелен ефект, тунелиране- преодоляване на потенциална бариера от микрочастица в случай, че нейната обща енергия (която остава непроменена по време на тунелирането) е по-малка от височината на бариерата. Тунелният ефект е феномен с изключително квантова природа, невъзможен и дори напълно противоречащ на класическата механика. Аналог на тунелния ефект във вълновата оптика може да бъде проникването на светлинна вълна в отразяваща среда (на разстояния от порядъка на дължината на светлинната вълна) при условия, при които от гледна точка на геометричната оптика се получава пълно вътрешно отражение. Феноменът на тунелирането е в основата на много важни процеси в атомната и молекулярната физика, във физиката на атомното ядро, твърдото тяло и др.

Хармоничен осцилаторв квантовата механика това е квантов аналог на прост хармоничен осцилатор, като се вземат предвид не силите, действащи върху частицата, а хамилтонианът, тоест общата енергия на хармоничния осцилатор, а потенциалната енергия се приема, че зависи квадратично на координатите. Вземането под внимание на следните условия в разширяването на потенциалната енергия по координата води до концепцията за анхармоничен осцилатор.

Изследването на структурата на атомите показва, че атомите се състоят от положително заредено ядро, в което е концентрирана почти цялата маса. h на атома и отрицателно заредени електрони, движещи се около ядрото.

Планетарен модел на атома на Бор-Ръдърфорд. През 1911 г. Ърнест Ръдърфорд, след като провежда серия от експерименти, стига до заключението, че атомът е вид планетарна система, в която електроните се движат по орбити около тежко, положително заредено ядро, разположено в центъра на атома („Атомът на Ръдърфорд модел”). Подобно описание на атома обаче влезе в конфликт с класическата електродинамика. Факт е, че според класическата електродинамика електронът, когато се движи с центростремително ускорение, трябва да излъчва електромагнитни вълни и следователно да губи енергия. Изчисленията показаха, че времето, необходимо на един електрон в такъв атом да падне върху ядрото, е абсолютно незначително. За да обясни стабилността на атомите, Нилс Бор трябваше да въведе постулати, които се свеждаха до факта, че електрон в атом, намиращ се в някакво специално енергийно състояние, не излъчва енергия („модел на атома на Бор-Ръдърфорд“). Постулатите на Бор показват, че класическата механика е неприложима за описание на атома. По-нататъшното изследване на атомната радиация доведе до създаването на квантовата механика, което направи възможно обяснението на огромното мнозинство от наблюдаваните факти.

Емисионни спектри на атомиобикновено се получава при висока температура на източник на светлина (плазма, дъга или искра), при която веществото се изпарява, молекулите му се разделят на отделни атоми и атомите се възбуждат да светят. Атомният анализ може да бъде или емисионен - ​​изследване на емисионни спектри, или абсорбционен - ​​изследване на абсорбционни спектри.
Емисионният спектър на атома е набор от спектрални линии. Спектралната линия се появява в резултат на монохроматично светлинно излъчване по време на прехода на електрона от едно електронно подниво, разрешено от постулата на Бор, към друго подниво с различни нива. Това излъчване се характеризира с дължина на вълната K, честота v или вълново число co.
Емисионният спектър на атома е набор от спектрални линии. Спектралната линия се появява в резултат на монохроматично светлинно излъчване по време на прехода на електрона от едно електронно подниво, разрешено от постулата на Бор, към друго подниво с различни нива.

Модел на атома на Бор (Модел на Бор)- полукласически модел на атома, предложен от Нилс Бор през 1913 г. Той взе за основа планетарния модел на атома, представен от Ръдърфорд. Въпреки това, от гледна точка на класическата електродинамика, електрон в модела на Ръдърфорд, движещ се около ядрото, трябва да излъчва непрекъснато и много бързо, след като е загубил енергия, да падне върху ядрото. За да преодолее този проблем, Бор въвежда предположение, същността на което е, че електроните в атома могат да се движат само по определени (стационарни) орбити, в които не излъчват, а излъчването или поглъщането възниква само в момента на преминаване от една орбита към друга. Освен това само тези орбити са стационарни при движение, по които ъгловият импулс на електрона е равен на цяло число от константите на Планк: .

Използвайки това предположение и законите на класическата механика, а именно равенството на силата на привличане на електрона от страната на ядрото и центробежната сила, действаща върху въртящ се електрон, той получи следните стойности за радиуса на стационарна орбита и енергията на електрона, разположен в тази орбита:

Тук е масата на електрона, Z е броят на протоните в ядрото, е диелектричната константа, e е зарядът на електрона.

Точно този израз за енергията може да се получи чрез прилагане на уравнението на Шрьодингер, решавайки задачата за движението на електрона в централно Кулоново поле.

Радиусът на първата орбита във водородния атом R 0 =5,2917720859(36)·10 −11 m, сега се нарича радиус на Бор или атомна единица за дължина и се използва широко в съвременната физика. Енергията на първата орбита, eV, е йонизационната енергия на водородния атом.

Постулатите на Бор

§ Атомът може да бъде само в специални стационарни или квантови състояния, всяко от които има определена енергия. В стационарно състояние атомът не излъчва електромагнитни вълни.

§ Електронът в атома, без да губи енергия, се движи по определени дискретни кръгови орбити, за които ъгловият момент се квантува: , където са естествени числа, и е константата на Планк. Наличието на електрон в орбитата определя енергията на тези стационарни състояния.

§ Когато един електрон се движи от орбита (енергийно ниво) към орбита, се излъчва или поглъща квант енергия, където са енергийните нива, между които се извършва преходът. При преминаване от по-горно ниво към по-ниско се излъчва енергия, при преминаване от по-ниско към по-горно ниво се поглъща.

Използвайки тези постулати и законите на класическата механика, Бор предлага модел на атома, сега наричан модел на атома на Бор. Впоследствие Зомерфелд разширява теорията на Бор до случая на елиптични орбити. Нарича се модел на Бор-Зоммерфелд.

Експерименти на Франк и Херц

опитът е показал, че електроните предават енергията си на живачните атоми на части , а 4,86 ​​eV е най-малката възможна част, която може да бъде абсорбирана от живачен атом в основно енергийно състояние

Балмер формула

За да опише дължините на вълните λ на четирите видими линии на водородния спектър, I. Balmer предложи формулата

където n = 3, 4, 5, 6; b = 3645.6 Å.

В момента се използва специален случай на формулата на Rydberg за серията Balmer:

където λ е дължината на вълната,

Р≈ 1,0974 10 7 m −1 - константа на Ридберг,

п- основното квантово число на началното ниво е естествено число, по-голямо или равно на 3.

Водород-подобен атом- атом, съдържащ един и само един електрон в своята електронна обвивка.

Рентгеново лъчение- електромагнитни вълни, чиято енергия на фотоните лежи в скалата на електромагнитните вълни между ултравиолетово лъчение и гама лъчение, което съответства на дължини на вълните от 10 −2 до 10 3 Å (от 10 −12 до 10 −7 m)

Рентгенова тръба- електрическо вакуумно устройство, предназначено за генериране на рентгеново лъчение.

спирачно лъчение- електромагнитно излъчване, излъчвано от заредена частица, когато се разпръсне (спира) в електрическо поле. Понякога понятието "тормозно лъчение" включва и излъчването на релативистични заредени частици, движещи се в макроскопични магнитни полета (в ускорители, в космическото пространство), и се нарича магнито-заредено лъчение; но по-често използваният термин в този случай е „синхротронно лъчение“.

ХАРАКТЕРНА ЕМИСИЯ- рентгенова снимка радиация от линейния спектър. Характеристика на атомите на всеки елемент.

Химическа връзка- явлението на взаимодействие на атомите, причинено от припокриването на електронни облаци от свързващи частици, което е придружено от намаляване на общата енергия на системата.

молекулярен спектър- спектър на излъчване (абсорбция), възникващ по време на квантови преходи между енергийните нива на молекулите

Енергийно ниво- собствени стойности на енергията на квантовите системи, тоест системи, състоящи се от микрочастици (електрони, протони и други елементарни частици) и подчинени на законите на квантовата механика.

Квантово число п – Основното нещо . Той определя енергията на електрона във водородния атом и едноелектронните системи (He +, Li 2+ и др.). В този случай енергията на електрона

Къде пприема стойности от 1 до ∞. Колкото по-малко п, толкова по-голяма е енергията на взаимодействие между електрона и ядрото. При п= 1 водороден атом е в основно състояние, при п> 1 – развълнуван.

Правила за изборв спектроскопията те наричат ​​ограничения и забрани за преходи между нивата на квантово-механичната система с поглъщане или излъчване на фотон, наложени от законите за запазване и симетрията.

Многоелектронни атомисе наричат ​​атоми с два или повече електрона.

ефект на Зееман- разделяне на линиите на атомните спектри в магнитно поле.

Открит през 1896 г. от Zeeman за натриеви емисионни линии.

Същността на явлението електронен парамагнитен резонанс е резонансното поглъщане на електромагнитно излъчване от несдвоени електрони. Електронът има спин и свързан магнитен момент.

Енергията, която тялото губи поради топлинно излъчване, се характеризира със следните величини.

Радиационен поток (F) -енергия, излъчвана за единица време от цялата повърхност на тялото.

Всъщност това е силата на топлинното излъчване. Размерът на радиационния поток е [J/s = W].

Енергийна светимост (Re) -енергия на топлинно излъчване, излъчено за единица време от единица повърхност на нагрято тяло:

В системата SI се измерва енергийната осветеност - [W/m 2 ].

Радиационният поток и енергийната светимост зависят от структурата на веществото и неговата температура: Ф = Ф(Т),

Характеризира го разпределението на енергийната светимост в спектъра на топлинното излъчване спектрална плътност.Нека обозначим енергията на топлинното излъчване, излъчвано от една повърхност за 1 s в тесен диапазон от дължини на вълните от λ към λ +г λ, чрез dRe.

Спектрална плътност на светимост (r) или излъчвателна способностСъотношението на енергийната осветеност в тясна част от спектъра (dRe) към ширината на тази част (dλ) се нарича:

Приблизителна форма на спектралната плътност и енергийната осветеност (dRe) в диапазона на дължината на вълната от λ към λ +г λ, показано на фиг. 13.1.

ориз. 13.1.Спектрална плътност на енергийната светимост

Зависимостта на спектралната плътност на енергийната светимост от дължината на вълната се нарича радиационен спектър на тялото. Познаването на тази зависимост позволява да се изчисли енергийната светимост на тялото във всеки диапазон на дължина на вълната. Формулата за изчисляване на енергийната светимост на тяло в диапазон от дължини на вълните е:

Общата осветеност е:

Телата не само излъчват, но и поглъщат топлинна радиация. Способността на тялото да абсорбира радиационна енергия зависи от неговото вещество, температура и дължина на вълната на излъчване. Абсорбционният капацитет на тялото се характеризира с коефициент на монохроматично поглъщане α.

Пуснете струя върху повърхността на тялото едноцветенлъчение Φ λ с дължина на вълната λ. Част от този поток се отразява, а част се абсорбира от тялото. Нека означим големината на погълнатия поток Φ λ abs.

Коефициент на монохроматично поглъщане α λе отношението на радиационния поток, погълнат от дадено тяло, към големината на падащия монохроматичен поток:

Коефициентът на монохроматично поглъщане е безразмерна величина. Стойностите му са между нула и едно: 0 ≤ α ≤ 1.

функция α = α(λ,Τ) , изразяващ зависимостта на монохроматичния коефициент на поглъщане от дължината на вълната и температурата, се нарича абсорбционна способносттела. Появата му може да бъде доста сложна. Най-простите видове абсорбция са разгледани по-долу.

Чисто черно тялое тяло, чийто коефициент на поглъщане е равен на единица за всички дължини на вълната: α = 1.

Сиво тялое тяло, за което коефициентът на поглъщане не зависи от дължината на вълната: α = const< 1.

Абсолютно бяло тялое тяло, чийто коефициент на поглъщане е нула за всички дължини на вълната: α = 0.

Закон на Кирхоф

Закон на Кирхоф- отношението на излъчвателната способност на тялото към неговата абсорбционна способност е еднакво за всички тела и е равно на спектралната плътност на енергийната яркост на абсолютно черно тяло:

= /

Следствие от закона:

1. Ако едно тяло при дадена температура не поглъща радиация, то не я излъчва. Наистина, ако за определена дължина на вълната коефициентът на поглъщане α = 0, тогава r = α∙ε(λT) = 0

1. При същата температура черно тялоизлъчва повече от всеки друг. Всъщност за всички тела, с изключение на черно,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε

2. Ако за определено тяло експериментално определим зависимостта на монохроматичния коефициент на поглъщане от дължината на вълната и температурата - α = r = α(λT), то можем да изчислим спектъра на неговото излъчване.

Топлинно излъчванесе наричат ​​електромагнитни вълни, излъчвани от атоми, които се възбуждат от енергията на топлинното им движение. Ако радиацията е в равновесие с материята, тя се нарича равновесно топлинно излъчване.

Всички тела при температура Т > 0 К излъчват електромагнитни вълни. Разредените едноатомни газове дават линейни емисионни спектри, многоатомните газове и течности дават ивични спектри, т.е. области с почти непрекъснат набор от дължини на вълните. Твърдите тела излъчват непрекъснати спектри, състоящи се от всички възможни дължини на вълните. Човешкото око вижда радиация в ограничен диапазон от дължини на вълните от приблизително 400 до 700 nm. За да може човек да види радиацията на тялото, телесната му температура трябва да бъде поне 700 o C.

Топлинното излъчване се характеризира със следните величини:

У- радиационна енергия (в J);

(J/(s.m 2) - енергийна светимост (Д.С.- зона на излъчване

повърхност). Енергийна светимост Р- в смисъл -

е енергията, излъчена на единица площ на единица

време за всички дължини на вълните лот 0 до.

В допълнение към тези характеристики, наречени интегрални, те също използват спектрални характеристики, които отчитат количеството излъчена енергия за единица интервал от дължина на вълната или единица интервал

абсорбция (коефициент на абсорбция)е съотношението на абсорбирания светлинен поток към падащия поток, взето в малък диапазон от дължини на вълната близо до дадена дължина на вълната.

Спектралната плътност на енергийната светимост е числено равна на мощността на излъчване на единица повърхност на това тяло в честотен интервал с единична ширина.

Топлинно излъчване и неговата природа. Ултравиолетово бедствие. Крива на разпределение на топлинното излъчване. Хипотезата на Планк.

ТОПЛИННО ИЗЛЪЧВАНЕ (температурно излъчване) - ел-магн. радиация, излъчвана от вещество и възникваща поради вътрешните му. енергия (за разлика например от луминесценцията, която се възбужда от външни източници на енергия). Т. и. има непрекъснат спектър, чието положение на максимума зависи от температурата на веществото. С увеличаването му общата енергия на излъченото топлинно лъчение се увеличава, а максимумът се премества в областта на късите дължини на вълната. Т. и. излъчва например повърхността на горещ метал, земната атмосфера и др.

Т. и. възниква при условия на подробно равновесие в дадено вещество (вижте подробен принцип на равновесие) за всички неизлъчващи. процеси, т.е. за разг. видове сблъсъци на частици в газове и плазми, за обмен на електронни и вибрационни енергии. движения в твърди тела и др. Равновесното състояние на материята във всяка точка на пространството е състоянието на локалната термодинамика. равновесие (LTE) - в този случай се характеризира със стойността на температурата, от която зависи температурата. в този момент.

В общия случай на системи от тела, за които се извършват само LTE и декомпозиция. точките на рязане са различни температури, Т. и. не е в термодинамично състояние. равновесие с материята. По-горещите тела излъчват повече, отколкото поглъщат, а по-студените тела правят обратното. Има пренос на радиация от по-горещи тела към по-студени. За да се поддържа стационарно състояние, при което се поддържа разпределението на температурата в системата, е необходимо да се компенсира загубата на топлинна енергия с излъчващо по-горещо тяло и да се отнеме от по-студеното тяло.

При пълна термодинамика В равновесие всички части на система от тела имат еднаква температура и енергията на топлинната енергия, излъчвана от всяко тяло, се компенсира от енергията на топлинната енергия, погълната от това тяло. други тела В този случай се осъществява детайлно равновесие и за радиаторите. преходи, Т. и. е в термодинамиката равновесие с веществото и т.нар излъчването е равновесно (излъчването на абсолютно черно тяло е равновесно). Спектърът на равновесното излъчване не зависи от естеството на веществото и се определя от закона за излъчване на Планк.

За Т. и. За нечерните тела е валиден законът на Кирхоф за излъчване, който ги свързва, за да излъчват. и абсорбира. способности с излъчване. способността на напълно черно тяло.

При наличието на LTE, прилагайки законите на радиацията на Кирхоф и Планк към излъчването и поглъщането на Т. и. в газове и плазми е възможно да се изследват процесите на пренос на радиация. Това съображение се използва широко в астрофизиката, по-специално в теорията на звездните атмосфери.

Ултравиолетово бедствие- физически термин, описващ парадокса на класическата физика, който се състои в това, че общата мощност на топлинното излъчване на всяко нагрято тяло трябва да бъде безкрайна. Парадоксът получи името си поради факта, че спектралната енергийна плътност на радиацията трябваше да се увеличи неограничено, когато дължината на вълната се скъси.

По същество този парадокс показа ако не вътрешната непоследователност на класическата физика, то поне изключително рязко (абсурдно) несъответствие с елементарните наблюдения и експеримент.

Тъй като това не е в съответствие с експерименталните наблюдения, в края на 19 век възникват трудности при описанието на фотометричните характеристики на телата.

Проблемът е решен от квантовата теория на радиацията на Макс Планк през 1900 г.

Хипотезата на Планк е хипотеза, изложена на 14 декември 1900 г. от Макс Планк, която гласи, че по време на топлинно излъчване енергията се излъчва и поглъща не непрекъснато, а на отделни кванти (порции). Всяка такава квантова част има енергия, пропорционална на честотата ν на излъчване:

където h или е коефициентът на пропорционалност, по-късно наречен константа на Планк. Въз основа на тази хипотеза той предлага теоретично извеждане на връзката между температурата на тялото и излъчваната от това тяло радиация - формулата на Планк.

По-късно хипотезата на Планк е потвърдена експериментално.