Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ФІЗИКА

Частина 4

ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

 

Розділ 13 КОРПУСКУЛЯРНІ ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА

 

13.2. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла

 

У багатьох випадках потрібно знати не лише спектральну густину випромінювання тіла (випромінювальну здатність), а й енергію, що випромінюється одиницею поверхні тіла за одиницю часу по всіх довжинах хвиль. Цю величину називають інтегральною випромінювальною здатністю, або енергетичною світністю тіла. Позначимо інтегральну випромінювальну здатність абсолютно чорного тіла за певної температури через RT. Щоб її обчислити, скористаємося співвідношенням

де rλ,T — випромінювальна здатність, у певному спектральному інтервалі є функцією довжини хвилі й температури, а RT — функцією тільки температури.

Знайти аналітичний вираз функції rλ,T досить важко. Значно простіше визначити інтегральну випромінювальну здатність абсолютно чорного тіла, тобто RT. Для функції rλ,T порівняно просто визначити деякі важливі властивості. Для інтегральної випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла австрійські фізики Й. Стефан (експериментально 1879 р.) і Л. Больцман (теоретично 1884 р.) сформулювали вираз, який називають законом СтефанаБольцмана:

де Т — абсолютна температура випромінювального тіла; σ — стала Стефана Больцмана. Отже, закон Стефана Больцмана можна сформулювати так: інтегральна випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому степеню його абсолютної температури. На основі численних дослідів доведено, що коефіцієнт пропорційності σ = 5,67 10-8 Вт м-2 К-4.

Закон Стефана Больцмана має велике значення, оскільки за високих температур випромінювання деяких тіл наближається до випромінювання абсолютно чорного тіла. Проте слід пам’ятати, що в загальному випадку закон Стефана Больцмана не може бути застосованим до тіл, які не є абсолютно чорними, оскільки для таких тіл, як показує досвід, зі зміною температури змінюється і коефіцієнт σ, і показник степеня при температурі.

Закон Стефана Больцмана стосується лише інтегральної випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла і не дає ніяких відомостей про спектральний розподіл енергії. Проте такий розподіл існує і, як довели експериментальні дослідження, проходить через максимум. Виходячи з теоретичних міркувань, німецький фізик В. Він 1893 р. встановив важливий закон, що визначає положення цього максимуму в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від абсолютної температури. Аналітично цей закон можна записати так:

де λm — довжина хвилі, яка відповідає максимуму випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла; Т — його абсолютна температура; b — стала Віна, яка дорівнює 2,898 10-3 мК. Отже, за законом зміщення Віна довжина хвилі, яка відповідає максимуму випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла, обернено пропорційна абсолютній температурі.

Величина максимуму rmλ,T як показали вимірювання, прямо пропорційна п’ятому степеню абсолютної температури. Цю залежність називають ще третім законом випромінювання абсолютно чорного тіла. На рис. 13.1 зображено криві розподілу енергії в спектрі абсолютно чорного тіла за довжинами хвиль для двох температур T1 і Т2, причому Т2 > T1. Площа під кожною з цих кривих розподілу визначає сумарну енергію RT усіх довжин хвиль, що випромінюється одиницею поверхні абсолютно чорного тіла за 1 с. Із рис. 13.1 видно, що сумарна енергія збільшується з підвищенням температури, а максимум випромінювання зміщується в бік коротких хвиль. Кожній температурі відповідає певна довжина хвилі λm з максимальним значенням rmλ,T.

 

 

Рис. 13.1

 

На законі Віна ґрунтується так звана оптична пірометрія — метод визначення температури розжарених тіл за їхніми спектрами випромінювання. Саме таким методом було вперше визначено температуру поверхні Сонця. Розподіл енергії в спектрі випромінювання Сонця подібний до випромінювання абсолютно чорного тіла (якщо йдеться про випромінювання ядра Сонця, а не його поверхні). Максимум енергії випромінювання припадає на довжину хвилі λm = 470 нм. Отже, температура поверхні Сонця, за законом зміщення Віна, має дорівнювати 6160 К. Для тіл, що не є абсолютно чорними, цей метод не дає справжнього значення температури.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.