- •Часть 2
- •Введение
- •1.1 Общие требования
- •1.2. Требования по технике безопасности перед началом работ
- •1.3. Требования по технике безопасности при выполнении работ
- •1.4 Требования по технике безопасности при работе с источниками излучения
- •1.5 Требования по технике безопасности в аварийных ситуациях
- •1.6. Требования по технике безопасности по окончании работ
- •1.7 Меры пожарной безопасности
- •2 Указания по составлению отчёта
- •2.1 Содержание отчета
- •Лабораторная работа № 2.1 Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки
- •Физическое обоснование эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.3
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.5
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Построение градуировочного графика спектроскопа и определение неизвестной длины волны свет:
- •2. Определение угловой дисперсии спектроскопа:
- •3. Обработка результатов измерений:
- •Лабораторная работа № 2.6 Определение удельного вращения и концентрации раствора сахара с помощью макета поляриметра
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.7 Дифракционные явления на трёхмерных структурах
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.8 Законы теплового излучения
- •Краткие теоретические сведения
- •Законы смещения Вина.
- •1. Длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения чёрного тела, обратно пропорциональна температуре
- •Закон Рэлея-Джинса. Исходя из представлений статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы, Рэлей и Джинс получили формулу:
- •Методика расчета
- •Лабораторная работа 2.9 Определение ширины запрещённой зоны по спектру люминесценции
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.10 Исследование температурной зависимости удельного сопротивления меди и кремния
- •Краткие теоретические сведения
- •1.1. Электрический ток в металлах и полупроводниках
- •1.2. Температурная зависимость электропроводности металлов и полупроводников
- •2. Схема установки
- •3. Порядок измерений
- •4. Обработка результатов измерений
- •4.1. Определение параметров температурной зависимости меди
- •4.2. Вычисление энергии активации атомов кремния
- •5.3. Обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов
- •5. Контрольные вопросы
- •2. -Распад
- •3. Ослабление излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Лабораторная работа 2.8 Законы теплового излучения
Цель работы:
научиться рассчитывать тепловые и спектральные характеристики чёрного тела.
Приборы и оборудование: миллиметровая линейка, микрокалькулятор.
Краткие теоретические сведения
Тепловое излучение происходит за счёт внутренней энергии вещества и поэтому свойственно всем телам при любой температуре отличной от 0 К. Одной из характеристик теплового излучения является поток излучения –количество энергии, излучаемое в единицу времени:
.
При равномерном излучении энергия излучения за времяравна
.
Поток излучения, испускаемого единицей поверхности тела, называется энергетической светимостью тела
.
Если энергетическая светимость одинакова на любом участке поверхности излучателя, то полный поток излучения равен
,
где S – площадь поверхности излучателя.
Единица энергетической светимости – ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Приведенные выше характеристики не учитывают спектрального состава излучения. Это можно сделать, введя понятие спектральной плотности энергетической светимости . Она представляет долю энергии, излучаемую в единичном интервале длин волн, то есть спектральная плотность энергетической светимостиявляетсяотношением энергетической светимости, соответствующей узкому спектральному интервалу, к ширине этого интервала:
.
Для данного тела зависит как от длины волны , вблизи которого взят интервал d, так и от абсолютной температуры Т тела. Энергетическая светимость тела во всём интервале длин волн (интегральная энергетическая светимость) определяется соотношением:
.
Коэффициентом поглощения α называют величину, равную отношению потока излучения , поглощённого данным телом, к потоку излучения, падающему на это тело:
.
Закон Кирхгофа. В состоянии термодинамического равновесия отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения является величиной постоянной, не зависящей от природы тела:
.
Чёрным телом называют тело, которое при любой температуре поглощает всю энергию падающего на него электромагнитного излучения. Для него для любой длины волны .
Закон Стефана-Больцмана. Энергетическая светимость чёрного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температурыТ:
.
где – постоянная Стефана Больцмана. В системе СИ её численное значение .
Законы смещения Вина.
1. Длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения чёрного тела, обратно пропорциональна температуре
.
где .
2. Максимальное значение излучательной способности, то есть спектральной плотности энергетической светимости, возрастает пропорционально пятой степени термодинамической температуры
.
где – постоянная второго закона Вина.
Закон Рэлея-Джинса. Исходя из представлений статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы, Рэлей и Джинс получили формулу:
.
Эта формула согласуется с экспериментом только для малых частот и высоких температур.
Формула Планка. Представляя вещество в виде совокупности электронных осцилляторов, энергия которых может изменяться лишь на величину, кратную h, Макс Планк построил теорию теплового излучения и вывел закон распределения спектральной плотности энергии для чёрного тела
.
Учитывая, что
, ,,
распределение Планка можно выразить как
.
Все полученные ранее эмпирические законы излучения чёрного тела могут быть выведены из формулы Планка.