5.2.2. Законы Стефана-Больцмана и Вина
Рис. 5.4 |
Опытным путем получены зависимости излучательной способности от длины волны (частоты) при различных температурах (рис.5.4). Площадь
под кривой
|
пропорциональна интегральной
энергетической светимости.Как видно из рис.5.24 она возрастает с увеличением температуры. Максимум излучательной способности сдвигается в сторону более коротких длин волн.
Закон Стефана-Больцмана. Энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры
.
(5.17)
– постоянная
Стефана-Больцмана.
Смещение максимума спектральной плотности излучения при изменении температуры подчиняется закону В.Вина.
Закон смещения
Вина.
Длина волны
,
соответствующая максимуму спектральной
плотности излучения абсолютно чёрного
тела, обратно пропорциональна его
термодинамической температуре
,
– постоянная Вина.
Законы теплового применяются при проектировании и изготовлении нагревательных и осветительных устройств; приборов ночного видения, тепловизоров для обнаружения людей под развалинами; приборов для дистанционного измерения температуры, например, в эпицентре ядерного взрыва, в доменной печи; температуры звёзд и др.
5.2.3. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка
Все попытки объяснить закономерности теплового излучения с помощью классических представлений потерпели неудачу.
В 1990 году М.Планку удалось найти вид функции , точно соответствующий опытным данным. Для этого ему пришлось сделать совершенно несвойственное классической физике предположение, а именно допустить, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), называемых фотонами. Применяя статистические законы, М.Планк получил выражение для функции Кирхгофа.
Определив энергию
кванта электромагнитного излучения
выражением
(h
= 6,62
– постоянная Планк, Планк получил
окончательное выражение для функции
Кирхгофа
.
(5.18)
в точности соответствует экспериментальным данным.
Законы теплового излучения свидетельствуют о том, что излучение света происходит в виде квантов (фотонов), то есть свет – это поток частиц.
Фотоны обладают
всеми свойствами частиц. Как частица,
фотон обладает не только энергией
,
но и массой, которую можно найти, применяя
формулу Эйнштейна
:
,
или
.
Импульс фотона можно определить, как
.
Таким образом, законы теплового излучения, а также другие физические явления (например, фотоэффект, давление света, эффект Комптона и т.д.) доказывают, что свет – это поток частиц (фотонов).
Раздел 6. Квантовая физика. (15,5 час)
В этом разделе изучаются элементы квантовой физики и её применение к описанию атома. Материал разбит на три темы: корпускулярно-волновой дуализм частиц; элементы физики атома; элементы физики ядра.
При изучении этой темы следует осознать принципиальные различия между классическим и квантово-механическим методами изучения физических явлений.
В классической механике состояние системы характеризуется координатами (траектория), импульсом, моментом импульса, энергией. Эти величины могут иметь любые значения и изменяются непрерывно. В квантовой механике величины, характеризующие состояние системы, имеют дискретные значения (изменяются скачком); кроме того, определяются лишь возможные значения величин с некоторой вероятностью. Такова сущность природы материи на уровне микрочастиц.
По этому разделу необходимо решить задачи 251 – 260 и 271 – 280 и ответить на вопросы теста № 3.