13 Тепловое излучение и его характеристики. Законы излучения черного тела. Закон Киргофа

Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением. Тепловое излучение, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества (т. е. за счет его внутренней энергии) и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких — преимущественно длинные (инфракрасные). Тепловое излучение — практически единственный вид излучения, который может быть равновесным. Все другие виды излучения неравновесны. Количественной характеристикой теплового излучения служит1)энергетическая светимость(излучательность),Rэ=W/St, энергия испускаемая 1 поверхности тела,во всем диапазоне длин волн,за единицу времени по всем направлениям.2)Спектральна плотность энерг.светимости(испускательная способность).3)Поток энергии(поглощательная способность).

Закон Киргофа:соотношение испуск.и поглощ. Способности не зависит от природы тела,а является для всех тел универсальной функйии частоты и температуры.По скольку,для черного тела поглощ.способность равна 1, то универсальная функция Киргофа равна испускат.способности черного тела: r(wt)/a(wt)=f(w,t)=r(wt)*

Законы излучения черного тела:

1.Закон стефана-больцмана Rэ = сигма*T(4)

2.Закон смещения Вина: а)лямда=b/T

б) r(лямда*T)max=CT(5)

19 Модели атома Томпсона и Резерфорда.Теория Бора для водородоподобных систем.

Первая попытка создания на основе накопленных экспериментальных данных модели атома

принадлежит Дж. Дж. Томсону (1903). Согласно этой модели, атом представляет собой непрерывно

заряженный положительным зарядом шар c радиусом порядка 10^–10 м, внутри которого около своих

положений равновесия колеблются электроны; суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду шара, поэтому атом в целом нейтрален. .В развитии представлений о строении атома велико значение опытов английского физика Э. Резерфорда по рассеянию alpha-частиц в веществе. Альфа-частицы возникают при радиоактивных

превращениях; они являются положительно заряженными частицами с зарядом 2е и массой,

примерно в 7300 раз большей массы электрона. Пучки альфа-частиц обладают высокой

монохроматичностью (для данного превращения имеют практически одну и ту же скорость (порядка

10^7 м/с)). Резерфорд, исследуя прохождение альфа-частиц в веществе (через золотую фольгу толщиной примерно 1

мкм), показал, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, но некоторые альфа-частицы (примерно одна из 20 000) резко отклоняются от первоначального направления (углы

отклонения достигали даже 180°). Так как электроны не могут существенно изменить движение

столь тяжелых и быстрых частиц, как альфа-частицы, то Резерфордом был сделан вывод, что

значительное отклонение альфа-частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом

большой массы.

сравнению с объемом атома. На основании своих исследований Резерфорд в 1911 г. предложил ядерную (планетарную) модель

атома. Согласно этой модели, вокруг положительного ядра, имеющего заряд Zе (Z — порядковый номер элемента в системе Менделеева, е — элементарный заряд), размер 10^–15—10^–14 м и массу, практически равную массе атома, в области с линейными размерами порядка 10–10 м по замкнутым

орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то

заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т. е. вокруг ядра должно вращаться Z электронов.

Zee/4*П*eps0*r^2 = Me* v^2/r

Уравнение содержит два неизвестных: r и v. Следовательно, существует бесчисленное множество значений радиуса и соответствующих ему значений скорости (а значит, и энергии), удовлетворяющих этому уравнению. Поэтому величины r, v (следовательно, и Е) могут меняться непрерывно, т. е. может испускаться любая, а не вполне определенная порция энергии. Попытки построить модель атома в рамках классической физики не привели к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами Резерфорда, ядерная же модель оказалась неустойчивой электродинамически и противоречила опытным данным. Преодоление возникших трудностей потребовало создания качественно новой — квантовой — теории атома.

Бо́ровская моде́ль а́тома (Моде́ль Бо́ра) — полуклассическая модель атома, предложенная Нильсом Бором в 1913 г. За основу он взял планетарную модель атома, выдвинутую Резерфордом. Однако, с точки зрения классической электродинамики, электрон в модели Резерфорда, двигаясь вокруг ядра, должен был бы излучать непрерывно, и очень быстро, потеряв энергию, упасть на ядро. Чтобы преодолеть эту проблему Бор ввел допущение, суть которого заключается в том, что электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, находясь на которых они не излучают, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую. Причем стационарными являются лишь те орбиты, при движении по которым момент количества движения электрона равен целому числу постоянных Планка[1]: .m(e)vr=nh.Используя это допущение и законы классической механики, а именно равенство силы притяжения электрона со стороны ядра и центробежной силы, действующей на вращающийся электрон, он получил следующие значения для радиуса стационарной орбиты Rn и энергии En находящегося на этой орбите электрона:

Основана на двух постулатах Бора:

1.Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.

2.Излучение и поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния в другое, при этом имеют место два соотношения.