Билет 2

1. Тепловое излучение тел. Характеристики излучения. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения.

Все тела излучают электромагнитные волны, интенсивность и спектральный состав которых существенно зависят от температуры тела – тепловое излучение. Чем выше температура тела, тем интенсивнее это излучение. Основные характеристики:

Поток излучения – кол-во энергии, излучаемое за 1с. со всей поверхности тела по всем направлениям и на всех длинах волн. Ф=Е/t [Дж/с=Вт]

Энергетическая светимость – кол-во энергии, излучаемое за 1с. с 1м² поверхности тела по всем направлениям и во всем спектральном диапазоне. R=Ф/S=E/t*S [Вт/м²]

Спектральная плотность – кол-во энергии, излучаемое за 1с. с 1 м² поверхности тела по всем направлениям на длине волны L в единичном спектральном диапазоне. r_L=dR/dL [Вт/м³], где r_L – спектр теплового излучения тела.

Монохроматический коэф. поглощения а_L=Ф_погл(L)/Ф_пад(L). Безразмерная величина.

Зависимость а_L от длины волны – спектр поглощения тела. 3 группы:

Абсолютно черные тела (сажа, Солнце, специальная модель ) полностью поглощают любое излучение а=1; серые тела (кожа человека а=0,9)поглощают не полностью, но одинаково на всех длинах волн а<1; остальные тела по разному поглощают на разных длинах волн. а=f(L).

Законы теплового излучения:

Закон Кирхгофа: при одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от природы тел и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:

(r_L/a_L)₁= (r_L/a_L)₂=…=Е_L/1= Е_L.

Следствия: 1.чем больше тело поглощает, тем больше излучает энергии; 2.при одинаковой температуре наиболее интенсивным источником теплового излучения является абсолютно черное тело, т.к. а<1.

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела прямо пропорциональна 4-й степени его абсолютной температуры. R=δT⁴. Постоянная Больцмана δ=5,67*10^-8 Вт/(м²К⁴)

R=аδT⁴ – для серых тел.

Закон Вина определяет зависимость положения max спектра излучения абсолютно черного тела от температуры: длина волны на которую приходится max спектральной плотности обратно пропорциональна абсолютной температуре этого тела: L_max=b/T, где b =2,898*10^-3 м*К – постоянная Вина.

2. Укажите все известные вам адаптации глаза к условиям разной освещенности.

Адаптация – процесс приспособления глаза к разному уровню освещенности. При повышенной освещенности объекта – световая адаптация (в течение минуты), при пониженной – темновая (до часа).

При дневном освещении L_max=550нм, в сумерках L_max=510нм.

Механизмы адаптации: изменение диаметра зрачка глаза (за0,3с в диапазоне от 2 до 8мм); изменение концентрации родопсина а палочках и йодопсина в колбочках.

Световая адаптация – быстрый распад зрительных пигментов, темновая – медленное восстановление зрительных пигментов, под действием фермента.

Абсолютный порог чувствительности глаза – 60-150квантов сине-зеленого света (17 квантов – на палочки).

К зрению применим закон Вебера-Фехнера: зрительное ощущение Е пропорционально логарифму интенсивности I падающего в глаз света: Е=k*lnI+C,где С – зависит от адаптации глаза.

Разностный порог – min обнаруживаемая человеком разность интенсивностей пятна и фона I₁=I+dI, а его отношение к интенсивности фона – дифференциальным порогом dI/I.

Дифференциальный порог dI/I=1/kdE не зависит от яркости фона и определяется только чувствительностью глаза.

Разностный порог dI=1/k*I*dE – пропорционален как чувствительности глаза, так и яркости фона.