Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Физика->Учебное пособие
Решение Магнитное поле, создаваемое прямым бесконечно длинным проводником ничтожно малого сечения обладает осевой симметрией Это значит, что абсолютна...полностью>>
Физика->Контрольная работа
Категории электроприемников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной до...полностью>>
Физика->Контрольная работа
Определить напряженность электрического поля плоского конденсатора, если площадь его пластины , а заряд Абсолютная диэлектрическая проницаемость диэле...полностью>>
Физика->Курсовая работа
Одна из характерных особенностей современного научно – технического прогресса – необычайное ускорение темпов приращения и обновления знаний Резко сокр...полностью>>

Главная > Конспект >Физика

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Атомная физика. Физика твердого тела. Квантовая физика.

В этом разделе мы рассмотрим явления, связанные с взаимодействием света с веществом: тепловое излучение, фотоэффект и эффект Комптона.

Закономерности этих явлений хорошо объясняются только на основе квантовых представлений, т.е. в предположении, что свет – это частицы (кванты, фотоны).

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

При переходе электрона в возбужденном атоме на более низкий энергетический уровень атом излучает квант энергии  электромагнитное излучение с определенной длиной волны. Если вещество представляет собой разреженный газ, в котором атомы практический не взаимодействуют друг с другом, то излучение состоит из определенного набора волн. Разлагая излучение разреженного газа в спектр, мы будем наблюдать отдельные линии (линейчатый спектр). Если газ образуют молекулы, которые вращаются, а атомы в них совершают колебания, то изменения в этих движениях (переходы) также сопровождаются излучением электромагнитных волн определенных частот. Так как при таких переходах энергия меняется значительно меньше, чем при электронных, линии в спектре будут располагаться более тесно, образуя полосы (полосатые спектры). Жидкости, в которых имеется сильное взаимодействие молекул между собой, также дают полосатые спектры излучения.

Излучение твердого тела дает сплошной спектр. Твердое тело можно представить себе как множество осцилляторов (излучателей), колеблющихся с самыми разнообразными частотами. Молекулыосцилляторы находятся в непрерывном тепловом движении. Взаимодействуя друг с другом, они изменяют свои скорости, вследствие чего происходит излучение электромагнитных волн всевозможных частот. При температурах свыше 700оС излучение становится видимым («красное каление»), при более высоких температурах наблюдается «белое каление

Излучение электромагнитных волн, происходящее за счет энергии теплового движения молекул, называют тепловым излучением. Если излучение находится в равновесии с излучающим телом, то излучение называют равновесным тепловым излучением.

Рассмотрим физические величины, характеризующие тепловое излучение. При этом мы не будем касаться углового распределения излучения, т.к. оно представляет чисто технический интерес при конструировании источников света.

Интегральные характеристики:

W (Дж)

энергия, излучаемая по всем длинам волн во всех направлениях

Дж/с = Вт

поток излучаемой энергии или мощность излучения  по смыслу это энергия, излучаемая в единицу времени

Дж/(с.м2) = =Вт/м2

энергетическая (интегральная) светимость – это энергия, излучаемая в единицу времени с единичной площади по всем длинам волн

В спектре излучения твердого тела на разные длины волн приходится различная энергия, поэтому вводятся спектральные характеристики, учитывающие распределение излучаемой энергии по различным длинам волн:

Дж/(с.м2.м) =Вт/м3

излучательная способность (лучеиспускательная способность, спектральная плотность потока излучения)  это энергия, излучаемая в единицу времени единицей площади в единичном интервале длин волн ( - длина волны излучения)

Дж/(м2)



в единичном интервале частот

( - частота излучения)

поглощательная способность (коэффициент поглощения) это отношение поглощенного к падающему потоков, взятых в узком интервале длин волн вблизи данной длины волны

отражательная способность (коэффициент отражения)

это отношение отраженного к падающему потоков, взятых в узком интервале длин волн вблизи данной длины волны

соотношение между коэффициентами отражения и поглощения, следует из закона сохранения энергии

Энергетическая светимость R зависит только от температуры тела R=R(Т), спектральные характеристики излучения  r, а и зависят как от температуры, так и от длины волны света : r = r(), а = а() и = ().

связь между излучательной способностью и энергетической светимостью в дифференциальной и интегральной формах для длин волн и частот

с – скорость света в вакууме



Если в каких-либо формулах мы хотим перейти от к (и наоборот), следует приравнивать общее количество энергии, излученной в интервалах d и d:

dR=rd = rd

r = r (d / d)

При исследовании теплового излучения используется научная абстракция  абсолютно черное тело (АЧТ) – это тело, которое поглощает всё, падающее на него излучение, т.е. коэффициент поглощения АЧТ аАЧТ = 1. Реальной моделью АЧТ может служить замкнутая полость с небольшим отверстием, цилиндр с перегородками, конус (см. рис.). На конусной установке можно получить коэффициент поглощения 0,99999. Если поддерживать температуру указанных тел постоянной, то из отверстия будет выходить электромагнитное излучение всевозможных длин волн, близкое к равновесному излучению АЧТ.

замкнутая полость с отверстием

цилиндр с перегородками

конусный излучатель

Еще одной моделью излучения реальных тел является серое тело – это тело, у которого коэффициент поглощения меньше единицы и при данной температуре является постоянным для всех длин волн. Кривая излучения серого тела повторяет ход кривой излучения АЧТ (см. дальше) при той же температуре, но идет ниже.

Закон Кирхгофа: «Для всех тел отношение излучательной способности к его поглощательной способности при данной температуре Т и данной длине волны является постоянным и равным излучательной способности АЧТ при тех же Т и ». Следствия из закона Кирхгофа:

1

Все реальные тела при данной температуре излучают всегда меньше, чем АЧТ; r=roa ro, т.к. для всех тел a 1

2

Если тело не поглощает каких-либо волн, оно и не будет их излучать, поэтому спектры излучения и спектры поглощения идентичны, но как бы перевернуты (максимум на одном соответствует минимуму на другом)

3

Тело, которое сильно поглощает, должно и сильно излучать. Если на пластине на белом фоне нарисовать черный крест, то при нагревании крест будет светиться более интенсивно, чем фон..

Вывод закона Кирхгофа. Пусть некоторое тело 1 обменивается излучением с АЧТ (2), Температуры тел одинаковы. На единицу площади тела 1 падает поток излучения от АЧТ – ro. Часть этого потока rо отражается от тела 1. В свою очередь тело излучает поток r. При тепловом равновесии ro = r + rо = r + (1 а) rо r / а = rо

( - коэффициент отражения, а – коэффициент поглощения)

Распределение энергии в спектре АЧТ.

На рисунке приведена зависимость излучательной способности АЧТ от длины волны при различных температурах. Эти данные получены экспериментально. Из графиков видно, что энергия распределяется по длинам волн неравномерно, с увеличением температуры излучение резко возрастает. При указанных температурах максимумы излучения попадают в инфракрасный диапазон длин волн, на видимую область (0,4-0,75 мкм) приходится незначительное количество энергии . С ростом температуры максимумы смещаются в сторону более коротких длин волн. На втором рисунке приведен для сравнения спектр солнечного излучения. «Провалы» в спектре – это линии поглощения атмосферой, огибающая – спектр излучения АЧТ.

Законы изучения АЧТ. На основании экспериментальных данных были получены следующие законы:

Закон Стефана-Больцмана «Энергетическая светимость АЧТ прямо пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры». Из закона следует, что при небольшом увеличении температуры, энергия излучения возрастает очень сильно. Например, при увеличении температуры в 2 раза, излучаемая энергия возрастает в 16 раз.

 = 5,67108 Вт/(м2К4) – постоянная Стефана-Больцмана.

Закон смещения Вина: «Длина волны, на которую приходится максимум излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре». Из закона следует, что с увеличением температуры максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. b= 2,9103 1/м – постоянная Вина.

Закон общепринятого названия не имеет, иногда называется

2-ым законом Вина: «Максимальная излучательная способность прямо пропорциональна пятой степени абсолютной температуры»

С = 1,3105 Вт/(м35)- коэффициент пропорциональности

Выясним, что представляют собой величины в формулах () и () на графике зависимости излучательной способности АЧТ ro от длины волны .

Кривая излучения АЧТ.

dR – поток излучения, приходящийся на интервал длин волн d (площадь плотно заштрихованной полоски)

R – интеграл (см. формулу ) – на графике – это

площадь под всей кривой излучения.

max – длина волны, на которую приходится максимум излучения



Загрузить файл

Похожие страницы:

  1. Твердое тело как электрическая система

    Реферат >> Физика
    Реферат по физике на тему: «Твердое тело как электрическая система» ... до самоубийства гениального творца атомной статистической физики Больцмана, в значительной степени ... созданы. Квантовая теория Планка и атомы света Эйнштейна перенесли атомные представления ...
  2. Современные проблемы квантовой физики

    Реферат >> Физика
    ... . Например, квантовая механика позволила определить строение и понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить ... наблюдений в атомной физике» *. Иначе говоря, Бор и его единомышленники полагали, что «доработку» квантовой механики ...
  3. Оптика и атомная физика

    Практическая работа >> Физика
    ... ) КАФЕДРА ФИЗИКИ ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ «Оптика и атомная физика» Содержание Лабораторная ... Линзами называются прозрачные тела, ограниченные сферическими поверхностями. ... , 2002г. 3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики, т.3. – М.: «Высшая школа», 1979г. ...
  4. Явления переноса в твердых телах

    Реферат >> Физика
    ... : (1) где n = 0, 1, 2, 3… - квантовое число, h – постоянная Планка, h = 6,62· ... физическим характеристикам (составом атомного ядра). При ... . СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела: Пер. с англ. В 2-х т. М.: Мир, 1979. ...
  5. Химическая сборка поверхности твердых тел путем молекулярного наслаивания

    Дипломная работа >> Химия
    ... структур, основанных на квантовых эффектах [1-6], невозможно в ... физико-химических приемов формирования поверхности заданного химического состава и строения с атомно ... используемого для прецезионного синтеза твердых тел регулярного строения, состоит ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0016930103302002