- •Экспериментальное исследование светового поля источника видимого излучения
- •Устройство фотометрической головки
- •Необходимые приборы и принадлежности
- •Измерения
- •Определение фокусного расстояния собирательной и рассеивающей линз
- •Определение фокусного расстояния собирательной линзы
- •Если обозначить буквами а и b расстояния предмета и его изображения от линзы, то фокусное расстояние последней выразится формулой
- •Упражнение 2 Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы
- •Изучение зрительной трубы Упражнение 1 Определение увеличения зрительной трубы
- •Упражнение 2 Определение поля зрения оптической трубы
- •Упражнение 3 Определение разрешающей способности оптических систем
- •Литература.
- •Лабораторная работа № 4 Исследование дисперсионных свойств стеклянной призмы в области видимого света спектрометром гс-5
- •Упражнение 1 Определение преломляющего угла призмы
- •Определение угла наименьшего отклонения и показателя преломления стеклянной призмы
- •Определение дисперсии и разрешающей силы стеклянной призмы
- •Вопросы по теме
- •Литература
- •Определение длины световой волны с помощь бипризмы Френеля и щелей Юнга
- •Экспериментальная установка. Экспериментальная установка собрана на оптической скамье.
- •Определение длины световой волны с помощью бипризмы
- •Определение длины световой волны с помощью щелей Юнга
- •Определение радиуса кривизны линзы и длины световой волны с помощью колец Ньютона
- •Упражнение 1 Определение радиуса кривизны линзы
- •Упражнение 2 Определение длин волн линий ртути
- •В пределах первого дифракционного максимума располагается интерференционных полос:
- •Упражнение 1 Определение концентрации растворов
- •Исследование зависимости коэффициента преломления газа от давления
- •Измерения
- •Определение длины световой волны с помощью дифракции Френеля на круглом отверстии Введение
- •Описание установки
- •Измерения
- •Изучение дифракционной решетки и определение длины световой волны Введение
- •Описание установки
- •Определение постоянной решетки и ее угловой и линейной дисперсии
- •Литература.
- •Лабораторная работа № 10 Изучение поляризации света
- •Исследование зависимости интенсивности света, прошедшего через два поляроида
- •Вопросы по теме.
- •Лабораторная работа № 11 Определение длины световой волны квантового генератора с помощью эталона Фабри-Перо
- •Распределение интенсивности в полосах интерферометра Фабри-Перо
- •Обработка результатов. На основании трехкратных измерений
- •Примечание
- •Задание
- •Вопросы по теме.
- •Исследование интегральной излучательной способности нагретых нечерных тел как функции температуры Введение
- •Величина
- •Принцип измерения яркостной температуры
- •Устройство и работа пирометра с исчезающей нитью
- •Описание установки и измерения
- •Для нечерного тела значение j можно записать так:
- •Поэтому из (5) и (6) имеем:
- •6. Зная σ, t, n, w, можно по формуле
Величина
(1а)
называется поглощательной способностью тела. Поглощательная способность тела есть безразмерная величина, показывающая какую долю падающего излучения в интервале длин волн (λ, λ+dλ) тело поглощает. Величина
,
называется отражательной способностью. Отражательная способность есть безразмерная величина, показывающая, какую долю падающего излучения в интервале длин волн (λ, λ+dλ) тело отражает.
Тело, поглощающее всю падающую на него энергию, называется абсолютно черным телом. Для абсолютно черных тел
Еλотр=0 и a(λ, T)=1 .
В природе не существует тел, совпадающих по своим свойствам с абсолютно черным телом. Тела, покрытые сажей или платиновой чернью, приближаются по своим свойствам к абсолютно черным лишь в ограниченном интервале длин волн.
Законы теплового излучения. Предположим, что в теплообмене участвуют тела, образующие замкнутую систему, окруженную адиабатической оболочкой, то есть такой, что теплообмен систем с внешней средой отсутствует. Тогда через некоторое время эти тела придут в состояние равновесия, то есть примут одинаковую температуру. Но это не означает, что излучение внутри системы прекратится. Если состояние равновесия достигнуто, то в любой момент времени для каждой длины волны излучаемая энергия равна поглощенной. Исходя из второго принципа термодинамики, Кирхгоф показал, что условие теплового равновесия заключается в следующем. Отношение монохроматической интенсивности излучения к поглощательной способности есть величина постоянная для всех тел при данной температуре и для данной длины волны (закон Кирхгофа):
. (2)
Следовательно, тело, поглощающее какие-либо лучи, будет их же, и излучать, и наоборот. Величина не зависит от природы тела и является функцией лишь длины волны и температуры.
Так как для абсолютно черного тела , то
.
Таким образом, величина есть монохроматическая интенсивность излучения абсолютно черного тела. Для остальных тел a<1
.
Основываясь на гипотезе о квантовой природе излучения, Планк методами статистической физики показал, что
,
где h – постоянная Планка;
k - постоянная Больцмана;
c - скорость света.
На основании формул (1) и (2) интегральную интенсивность излучения абсолютно черного тела можно получить интегрированием функции Планка по всему интервалу длин волн
или
. (3)
Итак, полная энергия, излучаемая абсолютно черным телом в 1 секунду пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры (закон Стефана - Больцмана). Постоянная Стефана – Больцмана была определена опытным путем. В системе СГС она выражается в эрг/(см2 сек град). Пользуясь известным значением σ, Планк впервые определил постоянную h (постоянная Планка).
Из закона Стефана – Больцмана следует, что количество теплоты, передаваемое единицей поверхности абсолютно черного тела, находящегося при температуре T1, в окружающую среду, имеющую температуру T2, если среду можно рассматривать как абсолютно черное тело, равно:
.
Излучение всех остальных тел подчиняется такой же закономерности, их излучение для каждой длины волны в раз меньше, чем для абсолютно черного тела. Полное излучение
.
Из функции Планка можно сделать вывод о распределении излучения по длинам волн. Максимум интенсивности излучения определяется из условия
,
что приводит к выражениям (законам Вина)
и ,
где C и C1 – численные постоянные.
Иными словами, длина волны, на которую приходится максимум интенсивности излучения с увеличением температуры смещается в сторону коротких длин волн (первый закон Вина).
Максимальная интенсивность излучения пропорциональна пятой степени абсолютной температуры (второй закон Вина).