Дифракция волн Естественный и поляризованный свет Строение атомного ядра Закон радиоактивного распада Дифракционная решетка Электромагнитная природа света

Физика Курс лекций и примеры решения задач

Формула Релея-Джинса. Попытка теоретического вывода зависимости универсальной функции Кирхгофа. В данном случае был применен закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Формула Релея-Джинса для спектральной плотности энергетической светимости имеет вид

rv j = —kl , где kT - средняя энергия

с осциллятора с собственной частотой V .

Для осциллятора, совершающего колебания, средние значения кинетической и потенциальной энергий одинаковы, поэтому средняя степень каждой колебательной степени свободы

Is) = кТ . Ф-ла Р.-Д. согласуется с

экспериментальными данными только в области достаточно малых частот и больших температур. В области больших частот она резко с ними расходится. Если попытаться получить закон Стефана-Больцмана, то получается абсурд, т.к. вычисленная с использованием ф-лы Р.-Д. энергетическая светимость черного тела

Re = frv Tdv = ^f fv2dv

Jo ' с Jo

время как по з. Стеф.-Больц.

Re пропорциональна четвертой степени

температуры.



42. Оптическая пирометрия. Законы теплового излучения используются для измерения температуры раскаленных и самосветящихся тел (например, звезд). Методы измерения высоких температур, использующие зависимость спектральной плотности энергетической светимости тел от температуры, называются оптической пирометрией. Приборы для измерения температуры нагретых тел по интенсивности их теплового излучения наз-ся пирометрами. В зависимости от того, какой закон теплового излучения используются при измерении температуры радиационную, цветную и яркостную температуры. 1. Радиационная температура – это такая температура черного тела, при которой его энергетическая светимость

Re

dv равна энергетической светимости

Jo

Rj = аТ исследуемого тела. В данном случае

регистрируется энергетическая светимость исследуемого тела и по закону С.-Б.вычисляется

4,

Т =^]RT /а .

его радиационная температура. v/ij

Радиационная температура всегда меньше истинной температуры тела. 2. Цветовая температура. Для серых тел (серое тело - тело, поглощательная способность которых меньше 1, но одинакова ля всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния пов-ти тела) спектральная плотность энергетической светимости RZT = Атгят , где Ат = const<l/.

Следовательно распределение энергии в спектре
излучения серого тела такое же, как и в 

45. Энергия, масса и импульс фотона. Свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона е0 = h V . Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии: Ylly =hvlc . Фотон - элементарная

частица, которая всегда (в любой среде) движется со скоростью с и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно масса фотона отличается от массы таких эл-тарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя. Импульс фотона ру получим, если в общей ф-ле теории относительности

E = Jm0c +pc (Е - полная энергия) положить массу покоя фотона «г0 = 0:

рг = Е0 Iс = hvIс . Следовательно, фотон, как

и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом. 46. Фотоэффект. Гипотеза Планка, решившая задачу теплового излучения черного тела, получила подтверждение и дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта - явление, открытие которого сыграло важную теорию в становлении квантовой теории. Различают


е , тогда получим ф-лу

2яйv -hv/kT

е , эта ф-ла совпадает с ф-

с2

лой г°т ~ v e "iV , причем аi=h/k

40. Закон Вина. Опираясь на законы термо- и электродинамики, Вин установил зависимость длины волны /lmax , соответствующей

максимуму функции Гд j , от температуры Т.

Согласно закону смещения Вина, Л^^ =ЫТ

(где г, т = —г„т ).

Л2 '

Т.е. длина волны Хтах , соответствующая

максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости ЧТ, обратно пропорциональна его термодинамической температуре, b—постоянная

Вина = 2.9-10" м-К . Закон Вина - закон смещения т.к. он показывает смещение положения максимума функции Гд j по мере

возрастания температуры в область коротких длин волн. Он объясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение.

показали, что зависимость rv j при разных температурах ЧТ имеет вид см. рис.. При разный частотах r°r~v2 T , а в области больших частот (правые ветви кривых вдали от максимумов), зависимость rv j от частоты имеет вид

rv°T~^e -a>v,T

величина.

где a1 -- постоянная

Сущ-вание на каждой кривой более или менее ярко выраженного максимума свидетельствует о том, что энергия излучения ЧТ распределена по спектру неравномерно: черное тело почти не излучает энергии в области очень малых и очень больших частот. По мере повышения

температуры тела максимум rv j смещается в

область больших частот. Площадь, ограниченная

кривой ("vj.и осью абсцисс, пропорциональна

энергетической светимости ЧТ. Поэтому в соответствии с законом Стефана Больцмана она

т4 возрастает пропорционально 1 .



фотоэффект внешний, внутренний и вентильный. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов в-вом под действием электромагнитного излучения (света). Он наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а так же в газах на отдельных атомах и молекулах. Внутренний фотоэффект - это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В р-тате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или возникновению ЭДС. Вентильный фотоэффект - возникновение ЭДС (фото-ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). При помощи вентильного фотоэффекта можно напрямую преобразовывать солнечную энергию в электрическую.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: Энергия падающего фотона расходуется на совершение работы выхода из металла и на сообщение фотоэлектрону кинетической энергии mvmax / 2 . По закону

сохранения энергии, hv = А+ mv max 11.

спектре черного тела, имеющего ту же температуру. Поэтому к серым телам применим закон Вина ( Хтах = ЫТ ), т.е. зная длину волны

Лщах , соответствующую максимальной спектральной плотности энергетической светимости R% у исследуемого тела, можно

определить его температуру Тц = ЪIX , которая

наз-ся цветовой температурой. Для серых тел она совпадает с истинной температурой, для других тел это понятие теряет смысл. 3. Яркостная температура. ТЯ — это температура черного

где Т

 1\

тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна энергетической светимости

Л,Т

исследуемого тела, т.е. Гд у

истинная температура тела. Истинная температура для нечерного тела всегда больше яркостной.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

№ 1.1.1.

При работе аппарата для франклинизации ежесекундно в 1 см3 воздуха образуется n = 500000 легких аэроионов. Определить работу ионизации, необходимую для создания в V = 225 см3 воздуха такого же количества аэроионов за время лечебного сеанса (t = 15 мин). Потенциал ионизации молекул воздуха считать равным φ = 13,54 В. Условно принять воздух однородным газом.

Решение

В соответствии с определением

, (1)

где  – потенциал ионизации, e – заряд электрона, А – работа ионизации, N – количество электронов. Далее,

  (2)

Подставляя (2) в (1) и используя численные значения, получим:

  Дж.


Дифракция ренгеновских лучей на пространственной решетке