PPt4Web Хостинг презентаций

Главная / Физика / Тепловое излучение тел
X Код для использования на сайте:

Скопируйте этот код и вставьте его на свой сайт

X

Чтобы скачать данную презентацию, порекомендуйте, пожалуйста, её своим друзьям в любой соц. сети.

После чего скачивание начнётся автоматически!

Кнопки:

Презентация на тему: Тепловое излучение тел


Скачать эту презентацию

Презентация на тему: Тепловое излучение тел


Скачать эту презентацию



№ слайда 1 Курс общей физики Лектор: к. т. н., доцент Поздеева Эльвира Вадимовна 900igr.net
Описание слайда:

Курс общей физики Лектор: к. т. н., доцент Поздеева Эльвира Вадимовна 900igr.net

№ слайда 2 Лекция Тема: Тепловое излучение Введение 2. Закон Кирхгофа.Абсолютно черное тело
Описание слайда:

Лекция Тема: Тепловое излучение Введение 2. Закон Кирхгофа.Абсолютно черное тело 3. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина 4. Формула Релея- Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа Продолжение на следующем слайде… Содержание лекции: Сегодня: *

№ слайда 3 5. Гипотеза о квантах. Формула Планка 6. Тепловое излучение Вселенной
Описание слайда:

5. Гипотеза о квантах. Формула Планка 6. Тепловое излучение Вселенной

№ слайда 4 1. Введение Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны. Чем выше темпер
Описание слайда:

1. Введение Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны. Чем выше температура тела, тем более короткие волны оно испускает. В нагретых телах часть внутренней энергии вещества может превращаться в энергию излучения. Это излучение называют тепловым излучением.

№ слайда 5 Тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Распределение энергии излучения тел
Описание слайда:

Тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры тела. Для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновый участок спектра, а общая энергия излучения возрастает.

№ слайда 6 Излучение батареи центрального отопления (T 350 К) имеет пик энергии в диапазоне
Описание слайда:

Излучение батареи центрального отопления (T 350 К) имеет пик энергии в диапазоне невидимого инфракрасного излучения. Поверхность Солнца (T 6 103 К) излучает энергию в диапазоне видимого света. При ядерном взрыве (T 106 К) большая доля энергии взрыва уносится коротковолновым рентгеновским и гамма-излучением.

№ слайда 7 Если нагретые излучающие тела окружить непроницаемой для излучения оболочкой (ри
Описание слайда:

Если нагретые излучающие тела окружить непроницаемой для излучения оболочкой (рис. 1), то по истечении некоторого времени в системе «излучающие тела + излучение в полости» установится термодинамическое равновесие. Это означает: температуры всех тел выровняются, распределение энергии между телами и излучением не будет изменяться со временем. Такое равновесное состояние системы устойчиво. Тепловое излучение изотропно и неполяризованно.

№ слайда 8 Рис. 1. В системе «излучающие тела + излучение в полости» установится термодинам
Описание слайда:

Рис. 1. В системе «излучающие тела + излучение в полости» установится термодинамическое равновесие

№ слайда 9 2. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Характеристики теплового излучения. Эн
Описание слайда:

2. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Характеристики теплового излучения. Энергия dR , излучаемая единицей поверхности нагретого тела в единицу времени в диапазоне частот от до + d называется энергетической светимостью и определяется: dR = rd .

№ слайда 10 Энергию r, приходящуюся на единичный интервал частот, называют испускательной сп
Описание слайда:

Энергию r, приходящуюся на единичный интервал частот, называют испускательной способностью тела. r является функцией частоты и температуры r = r( ,T). Будем использовать принятое в теории теплового излучения обозначение: r( ,T) r ,T.

№ слайда 11 Энергетическая светимость с единицы поверхности тела по всему диапазону частот В
Описание слайда:

Энергетическая светимость с единицы поверхности тела по всему диапазону частот В системе СИ: энергетическая светимость измеряется в Вт/м2, испускательная способность - Дж/м2.

№ слайда 12 Связь между испускательными способностями по шкале частот и шкале длин волн опре
Описание слайда:

Связь между испускательными способностями по шкале частот и шкале длин волн определяется следующим выражением

№ слайда 13 Характеристикой процесса поглощения телами излучения служит спектральная поглоща
Описание слайда:

Характеристикой процесса поглощения телами излучения служит спектральная поглощательная способность тела a ,T, которая равна: где d - падающий поток излучения, d поглощающий телом.

№ слайда 14 По определению a ,T не может быть больше единицы. Тело, у которого a ,T
Описание слайда:

По определению a ,T не может быть больше единицы. Тело, у которого a ,T

№ слайда 15 Рис. 2. Спектральная поглощательная способность тела: 1 абсолютно черное тело; 2
Описание слайда:

Рис. 2. Спектральная поглощательная способность тела: 1 абсолютно черное тело; 2 серое тело; 3 реальное тело

№ слайда 16 Абсолютно черное тело можно представить в виде замкнутой полости (рис.3), снабже
Описание слайда:

Абсолютно черное тело можно представить в виде замкнутой полости (рис.3), снабженной малым отверстием. Излучение через отверстие попадает на стенки полости, частично поглощаясь ими. При малых размерах отверстия луч должен претерпеть множество отражений, прежде чем он сможет выйти из отверстия.

№ слайда 17 Рис. 3. Модель абсолютно черного тела Малому отверстию и приписывается свойство
Описание слайда:

Рис. 3. Модель абсолютно черного тела Малому отверстию и приписывается свойство абсолютно черного тела.

№ слайда 18 Исследуя распределение энергии излучения из малого отверстия в нагретой полости,
Описание слайда:

Исследуя распределение энергии излучения из малого отверстия в нагретой полости, экспериментально определяется испускательные способности абсолютно черного тела r ,T, r ,T. Результаты таких экспериментов при различных значениях температуры приведены на рис. 4.

№ слайда 19 Рис. 4. Спектральная испускательная способность абсолютно черного тела
Описание слайда:

Рис. 4. Спектральная испускательная способность абсолютно черного тела

№ слайда 20 Закон Кирхгофа. Равновесие в системе может установиться только в случае, если ка
Описание слайда:

Закон Кирхгофа. Равновесие в системе может установиться только в случае, если каждое тело излучает в единицу времени столько же энергии, сколько оно поглощает. Это означает: тела, интенсивнее поглощающие излучение какой-либо частоты, будут это излучение интенсивнее и испускать.

№ слайда 21 Закон Кирхгофа: отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково
Описание слайда:

Закон Кирхгофа: отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково для всех тел и при данной температуре является универсальной функцией частоты (длины волны).

№ слайда 22 или Индексы 1, 2, 3... соответствуют различным телам Из закона Кирхгофа следует:
Описание слайда:

или Индексы 1, 2, 3... соответствуют различным телам Из закона Кирхгофа следует: универсальные функции f( ,T) и ( ,Т) есть спектральные испускательные способности r* ,T и r* ,T абсолютно черного тела.

№ слайда 23 3. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина R* = T4. Экспериментальные (Стефана) и те
Описание слайда:

3. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина R* = T4. Экспериментальные (Стефана) и теоретические (Больцмана) исследования позволили установить: энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры Постоянная Стефана Больцмана = 5,6686 10 8 Вт/(м2К4).

№ слайда 24 Для реальных тел вводится понятие эффективной радиационной температуры Тр. Тр оп
Описание слайда:

Для реальных тел вводится понятие эффективной радиационной температуры Тр. Тр определяется как температура абсолютно черного тела, имеющего такую же энергетическую светимость, что и реальное тело. Радиационная температура тела Тр всегда меньше истинной температуры тела Т. Тр находится из уравнения: R = Tp4 = AT T4.

№ слайда 25 Рис. 6. Устройство радиационного пирометра Пирометры. Радиационную температуру н
Описание слайда:

Рис. 6. Устройство радиационного пирометра Пирометры. Радиационную температуру нагретых тел можно определить с помощью радиационного пирометра (рис. 6). Изображение удаленного нагретого источника И проецируется с помощью объектива L на приемник П так, чтобы изображение излучателя полностью перекрывало приемник.

№ слайда 26 Энергия излучения, попавшего на приемник, измеряется болометром или термоэлемент
Описание слайда:

Энергия излучения, попавшего на приемник, измеряется болометром или термоэлементом. Действие болометров основано на изменении электрического сопротивления металла или полупроводника при изменении температуры. Показание прибора, подсоединенного к болометру или термоэлементу, оказывается пропорциональным энергии излучения, попавшей на приемник пирометра.

№ слайда 27 Проградуировав предварительно пирометр по излучению эталона абсолютно черного те
Описание слайда:

Проградуировав предварительно пирометр по излучению эталона абсолютно черного тела при различных температурах по шкале прибора измеряется температура нагретых тел.

№ слайда 28 Закон смещения Вина. Вин теоретически рассмотрел термодинамический процесс сжати
Описание слайда:

Закон смещения Вина. Вин теоретически рассмотрел термодинамический процесс сжатия излучения, заключенного в полости с идеально зеркальными стенками. Вин пришел к выводу, что испускательная способность абсолютно черного тела должна иметь вид Здесь f некоторая функция, конкретный вид которой термодинамическими методами установить нельзя.

№ слайда 29 Испускательная способность абсолютно черного тела - функция r* ,T достигает макс
Описание слайда:

Испускательная способность абсолютно черного тела - функция r* ,T достигает максимума на длине волны : Значение постоянной Вина b равно b = 2,898 10 3 м К.

№ слайда 30 Максимум испускательной способности Солнца приходится на длину волны m = 0,48 мк
Описание слайда:

Максимум испускательной способности Солнца приходится на длину волны m = 0,48 мкм. Считая излучение Солнца близким к излучению абсолютно черного тела, оценим суммарную площадь панелей солнечной батареи мощностью P = 10 кВт на орбитальной околоземной космической станции. КПД солнечной батареи принять равным = 20%. Из закона смещения Вина температура поверхности Солнца 6000 К.

№ слайда 31 По закону Стефана Больцмана энергетическая светимость Солнца R = T4. Полная мощн
Описание слайда:

По закону Стефана Больцмана энергетическая светимость Солнца R = T4. Полная мощность излучения с поверхности Солнца W = R 4 rC2 = 4 T4 rC2. Радиус Солнца rС = 6,95 108 м. Считая, что Солнце излучает по всем направлениям изотропно, находим солнечную постоянную С, равную потоку энергии излучения через единицу поверхности сферы, радиус которой равен среднему расстоянию от Солнца до Земли rСЗ = 1,49 1011 м.

№ слайда 32 При этом Вблизи Земли на каждый квадратный метр поверхности, перпендикулярной со
Описание слайда:

При этом Вблизи Земли на каждый квадратный метр поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, за одну секунду падает 1,6 кДж энергии солнечного излучения. Часть этой энергии в солнечной батарее превращается в электрическую энергию. С учетом КПД солнечной батареи находим ее электрическую мощность P = CS. Площадь панелей солнечной батареи = 31,2 м2.

№ слайда 33 4. Формула Релея- Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа Дальнейшее развитие теории
Описание слайда:

4. Формула Релея- Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа Дальнейшее развитие теории теплового излучения нашло в работах Рэлея и Джина (1900-1905 г.). Они рассмотрели равновесное излучение абсолютно чёрного тела в замкнутой полости с зеркальными стенками как совокупность пространственных стоячих электромагнитных волн. Частоты этих волн удовлетворяют определённым условиям, подобным условиям для частот стоячих упругих волн в стержнях.

№ слайда 34 Они нашли выражение для испускательной способности абсолютно черного тела (Форму
Описание слайда:

Они нашли выражение для испускательной способности абсолютно черного тела (Формула Рэлея Джинса): где kТ - средняя энергия, приходящаяся на одну колебательную степень свободы. Формула Рэлея Джинса хорошо согласуется с экспериментальными данными для излучения абсолютно черного тела в области малых частот или больших длин волн и резко расходится с опытом для больших частот или малых длин волн излучения.

№ слайда 35 Классическая теория теплового излучения приходит к выводу о том, что при конечны
Описание слайда:

Классическая теория теплового излучения приходит к выводу о том, что при конечных значениях энергии излучения равновесие между веществом и излучением невозможно. Этот вывод противоречит опыту. Такой результат следует из формулы Рэлея-Джинса, вывод которой с точки зрения классической теории не вызывал сомнений. Эренфест назвал эту ситуацию «ультрафиолетовой катастрофой».

№ слайда 36 5. Гипотеза о квантах. Формула Планка «Ультрафиолетовая катастрофа» показала: кл
Описание слайда:

5. Гипотеза о квантах. Формула Планка «Ультрафиолетовая катастрофа» показала: классическая физика содержит ряд принципиальных внутренних противоречий, которые проявились в теории теплового излучения; разрешить эти противоречия можно только с помощью принципиально новых физических идей. Такая физическая идея была сформулирована в 1900 г. М. Планком в виде гипотезы о квантах.

№ слайда 37 Согласно этой гипотезе: излучение испускается и поглощается веществом не непреры
Описание слайда:

Согласно этой гипотезе: излучение испускается и поглощается веществом не непрерывно, а конечными порциями энергии, квантами энергии. Величина энергии кванта зависит от частоты излучения и определяется формулой Здесь h = 2 ħ новая фундаментальная физическая константа, которую называют постоянной Планка. h = (6,62618 0,00004) 10 4 Дж с.

№ слайда 38 Гипотеза Планка оказала огромное влияние на последующее развитие физики. Развити
Описание слайда:

Гипотеза Планка оказала огромное влияние на последующее развитие физики. Развитие гипотезы Планка о квантах привело к появлению квантовой механики современной физической теории. Эта теории за последующие сто лет бурно развивалась и позволила физикам создать законченную и непротиворечивую картину микромира на уровне атомных явлений.

№ слайда 39 Планку удалось дать теоретическое описание равновесного теплового излучения. Осн
Описание слайда:

Планку удалось дать теоретическое описание равновесного теплового излучения. Основное отличие квантовой теории излучения от классической проявляется при расчете средней энергии излучения частоты . Согласно Планку средняя энергия излучения определяется по формуле

№ слайда 40 , Для малых частот, когда приходим к формуле классической теории: = kT
Описание слайда:

, Для малых частот, когда приходим к формуле классической теории: = kT

№ слайда 41 Подставляя полученную формулу для находим спектральную испускательную способност
Описание слайда:

Подставляя полученную формулу для находим спектральную испускательную способность абсолютно черного тела или функцию Планка. Функция Планка находится в соответствии с результатами экспериментальных исследований излучения абсолютно черного тела на всех частотах и при всех температурах.

№ слайда 42 При низких частотах формула квантовой теории излучения переходит в формулу Рэлея
Описание слайда:

При низких частотах формула квантовой теории излучения переходит в формулу Рэлея Джинса классической теории. При высоких частотах, когда ħ kT и с высокой точностью формула Планка переходит в соотношение структуру которого предсказал в 1893 г. В. Вин.

№ слайда 43 Интегрируя функцию Планка для r* ,T по всем частотам, находим энергетическую све
Описание слайда:

Интегрируя функцию Планка для r* ,T по всем частотам, находим энергетическую светимость абсолютно черного тела. В результате интегрирования имеем R = T4 . закон Стефана Больцмана.

№ слайда 44 Значение постоянной Стефана Больцмана записывается через универсальные константы
Описание слайда:

Значение постоянной Стефана Больцмана записывается через универсальные константы k, c и ħ = 5,67 10 8 Вт м 2 К 4 Планк, пользуясь экспериментальным значением , по этой формуле впервые определил значение постоянной ħ.

№ слайда 45 Формула Планка позволила определить значение постоянной b в законе смещения Вина
Описание слайда:

Формула Планка позволила определить значение постоянной b в законе смещения Вина. =b =2,9 10 3 м К,. выраженную через универсальные константы k, c и ħ.

№ слайда 46 6. Тепловое излучение Вселенной Энергия излучения дает существенный вклад во вну
Описание слайда:

6. Тепловое излучение Вселенной Энергия излучения дает существенный вклад во внутреннюю энергию системы при больших температурах. Одной из таких систем является высокотемпературная плазма. В таком состоянии вещества фотонный газ наряду с газом частиц должен быть включен в рассмотрение равноправным элементом системы. Многие свойства высокотемпературной плазмы можно объяснить, изучая взаимодействие фотонного газа с газом частиц.

№ слайда 47 Интересный пример такого взаимодействия представляет современная космологическая
Описание слайда:

Интересный пример такого взаимодействия представляет современная космологическая теория, описывающая ранние стадии эволюции Вселенной. Эта теория утверждает, что вся наша Вселенная возникла приблизительно 10 20 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. Взрыв образовал в очень малом объеме пространства горячий «котел», в котором при фантастически больших плотностях и температурах находилось все вещество нашей Вселенной.

№ слайда 48 По оценкам Г. Гамова через 100 с после взрыва плотность вещества была в тысячи р
Описание слайда:

По оценкам Г. Гамова через 100 с после взрыва плотность вещества была в тысячи раз больше плотности воды, а температура (Т ~ 109 К) значительно превышала температуру в центре термоядерного взрыва. В этот момент материя существовала в виде высокотемпературной плазмы, состоящей из протонов, нейтронов, электронов, фотонов, нейтрино и их античастиц. Вещество в таком состоянии было ионизованно и непрозрачно для излучения, и излучение находилось в «плену» вещества.

№ слайда 49 Согласно теории А.А. Фридмана, высказанной еще в 1922 г., после взрыва Вселенная
Описание слайда:

Согласно теории А.А. Фридмана, высказанной еще в 1922 г., после взрыва Вселенная начала расширяться. В результате расширения Вселенной температура вещества и излучения уменьшалась, достигнув через тысячу лет после взрыва значения Т* = 3000 К. Плотность вещества во Вселенной к этому времени приняла значение порядка ρ* ~ 10 17 кг/м3. В этих условиях электроны, протоны и нейтроны объединяются, образуя атомы водорода, гелия и других легких элементов.

№ слайда 50 Среда, состоящая из таких нейтральных атомов, становится прозрачной для излучени
Описание слайда:

Среда, состоящая из таких нейтральных атомов, становится прозрачной для излучения, и оно «отрывается» от вещества. Начиная с этого момента времени фотонный газ занимает весь объем Вселенной и расширяется вместе с ней. Это расширение фотонного газа можно считать адиабатическим.

№ слайда 51 По мере роста объема расширяющейся Вселенной температура фотонного газа, заполня
Описание слайда:

По мере роста объема расширяющейся Вселенной температура фотонного газа, заполняющего ее, будет уменьшаться. Расчет показывает, что в результате такого процесса вся Вселенная к настоящему времени должна быть заполнена равновесным излучением с температурой порядка 3 К. Так как это тепловое космическое излучение представляет собой первичное излучение, зародившееся на ранней стадии эволюции Вселенной, то известный астрофизик И.С. Шкловский назвал его реликтовым (от лат. relictus оставленный). Оценки показывают, что сейчас в каждом кубическом сантиметре Вселенной находится порядка 700 фотонов реликтового излучения.

№ слайда 52 В 1965 г. американские инженеры А. Пензиас и Р. Уилсон при отладке приемника рад
Описание слайда:

В 1965 г. американские инженеры А. Пензиас и Р. Уилсон при отладке приемника радиотелескопа обнаружили слабый фоновый радиошум, приходящий из космоса в виде равномерно распределенного по небесной сфере излучения с максимумом энергии на длине волны m = 0,96 нм. Закон Вина m = b/Tm позволяет определить, что на такой длине волны находится максимум энергии равновесного теплового излучения при температуре Tm = 3К. Так, в какой-то мере случайно, было обнаружено реликтовое тепловое излучение, как след процессов, происходивших во Вселенной в далеком прошлом.

№ слайда 53 Открытие реликтового излучения, удостоенное в 1978 г. Нобелевской премии по физи
Описание слайда:

Открытие реликтового излучения, удостоенное в 1978 г. Нобелевской премии по физике, является важным достижением современной науки. Оно подтверждает правильность теории «горячей» расширяющейся Вселенной, описывающей эволюцию Вселенной в течение десятков миллиардов лет. Из этой теории следует, что на ранней стадии эволюции Вселенная существенно отличалась от современной и представляла собой сгусток сверхплотной плазмы и излучения с очень высокой температурой, рожденных в момент Большого взрыва.

№ слайда 54 Определим число фотонов в единице объема пространства, заполненного равновесным
Описание слайда:

Определим число фотонов в единице объема пространства, заполненного равновесным тепловым излучением при температуре Т. Введем объемную концентрацию n фотонов излучения из интервала частот от до + d , искомая концентрация фотонов излучения всевозможных частот определится как

№ слайда 55 По определению, спектральная объемная плотность энергии излучения u T = ħ n . С
Описание слайда:

По определению, спектральная объемная плотность энергии излучения u T = ħ n . С учетом формулы Планка имеем По этой формуле находим, что nф = 9 109 м 3 при Т = 10 К и nф = 9 1016 м 3 при Т = 1000 К. Такая зависимость концентрации частиц от температуры является характерной особенностью фотонного газа.

№ слайда 56 В теории «горячей» Вселенной считается, что «отрыв» излучения от вещества на ран
Описание слайда:

В теории «горячей» Вселенной считается, что «отрыв» излучения от вещества на ранней стадии эволюции Вселенной произошел при температуре Т* = 3000 К и плотности вещества ρ* ~ 10 17 кг/м3 – в процессе образования атомов и нейтрализации вещества. В настоящее время плотность вещества во Вселенной ρ0 ~ 10 26 кг. Оценим температуру реликтового излучения на современном этапе эволюции Вселенной.

№ слайда 57 Предположим, что излучение, заполняющее Вселенную, расширяется вместе с ней адиа
Описание слайда:

Предположим, что излучение, заполняющее Вселенную, расширяется вместе с ней адиабатно. С учетом уравнения адиабаты для фотонного газа (т.1, п.11.7) находим Т*3 V* = Т03 V0, где Т0 искомая температура реликтового излучения в настоящее время, а V* и V0 объемы расширяющейся Вселенной на ранней и современной стадиях ее эволюции.

№ слайда 58 Считая массу вещества во Вселенной неизменной и равной M, определим плотности ве
Описание слайда:

Считая массу вещества во Вселенной неизменной и равной M, определим плотности вещества ρ* = M/V*, ρ0 = M/V0. Отсюда получаем

№ слайда 59 Подставляя значения плотностей ρ* и ρ0, находим T0 = 10 3T* = 3 K. До такой темп
Описание слайда:

Подставляя значения плотностей ρ* и ρ0, находим T0 = 10 3T* = 3 K. До такой температуры «остыло» излучение в расширяющейся Вселенной к настоящему времени. Квантовая природа вещества качественно проявляется в том, что каждой частице присущи свойства волны и, наоборот, волны имеют свойства, характерные для частиц. Нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения в широком диапазоне частот. Это излучение называют тепловым излучением.

№ слайда 60 Тепловое излучение находится в равновесии с излучающим телом является равновесны
Описание слайда:

Тепловое излучение находится в равновесии с излучающим телом является равновесным. Энергия, испускаемая с единицы поверхности тела в единичном интервале частот, называется спектральной испускательной способностью тела, или спектральной плотностью энергетической светимости. Испускательная способность является функцией частоты и температуры r = r( ,T). Спектральная поглощательная способность тела a ,T безразмерная величина, характеризует долю поглощенного телом потока излучения

№ слайда 61 Абсолютно черное тело тело, у которого на всех частотах и при любых температурах
Описание слайда:

Абсолютно черное тело тело, у которого на всех частотах и при любых температурах поглощательная способность равна единице. Закон Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково для всех тел, включая абсолютно черное тело и равно спектральной испускательной способности абсолютно черного тела. Закон Стефана Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры

№ слайда 62 Закон смещения Вина длина волны m, на которую приходится максимум испускательной
Описание слайда:

Закон смещения Вина длина волны m, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

№ слайда 63 Формуле Рэлея Джинса для испускательной способности абсолютно черного тела хорош
Описание слайда:

Формуле Рэлея Джинса для испускательной способности абсолютно черного тела хорошо согласуется с экспериментальными данными для излучения абсолютно черного тела в области малых частот или больших длин волн и резко расходится с опытом для больших частот или малых длин волн излучения – ультрафиолетовая катастрофа Планк предположил, что свет квантован, и каждый квант света – фотон – имеет энергию Е = h .

№ слайда 64 С учетом гипотезы Планка средняя энергия теплового излучения определяется по фор
Описание слайда:

С учетом гипотезы Планка средняя энергия теплового излучения определяется по формуле Испускательная способность абсолютно черного тела или функция Планка (r* ,T = сu ,T /4) Функция Планка находится в соответствии с результатами экспериментальных исследований излучения абсолютно черного тела на всех частотах и при всех температурах.

№ слайда 65 Основные выводы Нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения в
Описание слайда:

Основные выводы Нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения в широком диапазоне частот. Это излучение называют тепловым излучением. Тепловое излучение находится в равновесии с излучающим телом является равновесным. Энергия, испускаемая с единицы поверхности тела в единичном интервале частот, называется спектральной испускательной способностью тела, или спектральной плотностью энергетической светимости. Испускательная способность является функцией частоты и температуры r = r( ,T).

№ слайда 66 Спектральная поглощательная способность тела a ,T безразмерная величина, характе
Описание слайда:

Спектральная поглощательная способность тела a ,T безразмерная величина, характеризует долю поглощенного телом потока излучения Абсолютно черное тело тело, у которого на всех частотах и при любых температурах поглощательная способность равна единице. Закон Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково для всех тел, включая абсолютно черное тело и равно спектральной испускательной способности абсолютно черного тела.

№ слайда 67 Закон Стефана Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорц
Описание слайда:

Закон Стефана Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры Закон смещения Вина длина волны m, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

№ слайда 68 Формуле Рэлея Джинса для испускательной способности абсолютно черного тела хорош
Описание слайда:

Формуле Рэлея Джинса для испускательной способности абсолютно черного тела хорошо согласуется с экспериментальными данными для излучения абсолютно черного тела в области малых частот или больших длин волн и резко расходится с опытом для больших частот или малых длин волн излучения – ультрафиолетовая катастрофа

№ слайда 69 Планк предположил, что свет квантован, и каждый квант света – фотон – имеет энер
Описание слайда:

Планк предположил, что свет квантован, и каждый квант света – фотон – имеет энергию Е = h . С учетом гипотезы Планка средняя энергия теплового излучения определяется по формуле

№ слайда 70 Испускательная способность абсолютно черного тела или функция Планка (r* ,T = сu
Описание слайда:

Испускательная способность абсолютно черного тела или функция Планка (r* ,T = сu ,T /4) Функция Планка находится в соответствии с результатами экспериментальных исследований излучения абсолютно черного тела на всех частотах и при всех температурах.

№ слайда 71 Лекция окончена Нажмите клавишу для выхода
Описание слайда:

Лекция окончена Нажмите клавишу для выхода

№ слайда 72 Равновесное тепловое излучение однородно. Его плотность энергии одинакова во все
Описание слайда:

Равновесное тепловое излучение однородно. Его плотность энергии одинакова во всех точках внутри полости, где оно заключено. Тепловое излучение изотропно и неполяризованно. Оно содержит все возможные направления распространения и направления колебаний векторов E и B.

№ слайда 73 Пусть в интервале частот до + d . на поверхность тела падает поток излучения d .
Описание слайда:

Пусть в интервале частот до + d . на поверхность тела падает поток излучения d . Часть этого потока d поглощается телом. Поглощательная способность тела на частоте определяется как безразмерная величина характеризующая долю поглощенного телом потока излучения. Спектральная поглощательная способность тела a ,T зависит от частоты и температуры T.

№ слайда 74 Малое отверстие почти полностью поглощает падающее на него излучение. С уменьшен
Описание слайда:

Малое отверстие почти полностью поглощает падающее на него излучение. С уменьшением размера отверстия его поглощательная способность стремится к единице. Излучение через отверстие попадает на стенки полости, частично поглощаясь ими. При малых размерах отверстия луч должен претерпеть множество отражений, прежде чем он сможет выйти из отверстия, то есть, формально, отразиться от него. При многократных повторных переотражениях на стенках полости излучение, попавшее в полость, практически полностью поглотится.

№ слайда 75 В теории теплового излучения характеристики абсолютно черного тела имеют универс
Описание слайда:

В теории теплового излучения характеристики абсолютно черного тела имеют универсальный характер. Реальное тело излучает при любой температуре всегда меньше энергии, чем абсолютно черное тело. Зная испускательную способность абсолютно черного тела (универсальную функцию Кирхгофа) и поглощательную способность реального тела, из закона Кирхгофа можно определить энергию, излучаемую этим телом в любом диапазоне частот или длин волн.

№ слайда 76 Способность теплового излучения находиться в равновесии с излучающим телом отлич
Описание слайда:

Способность теплового излучения находиться в равновесии с излучающим телом отличает тепловое излучение от других видов излучения тел. Излучение, находящееся в равновесии с излучающим телом, будем называть равновесным Равновесному излучению можно приписать температуру тела, с которым оно находится в равновесии, распространив при этом законы равновесной термодинамики на тепловое излучение. Это означает, что для равновесного теплового излучения можно определить и рассчитать внутреннюю энергию, давление, энтропию и другие термодинамические характеристики, которые не будут изменяться со временем.

№ слайда 77 Для реальных тел закон Стефана Больцмана выполняется лишь качественно, то есть с
Описание слайда:

Для реальных тел закон Стефана Больцмана выполняется лишь качественно, то есть с ростом температуры энергетические светимости всех тел увеличиваются, зависимость энергетической светимости от температуры имеет вид Коэффициент АТ 1 называется интегральной поглощательной способностью тела. Значения АТ, в общем случае зависящие от температуры, известны для многих технически важных материалов. В достаточно широком диапазоне температур для металлов АТ = 0,1 0,4, а для угля и окислов металлов АТ = 0,5 0,9.

№ слайда 78 Зная интегральную поглощательную способность материала излучателя, можно перевес
Описание слайда:

Зная интегральную поглощательную способность материала излучателя, можно перевести измеренную радиационную температуру излучателя Тр в его истинную температуру T по формуле В частности, если радиационный пирометр покажет температуру Tp = 933 К при наблюдении раскаленной поверхности вольфрамового излучателя (AT = 0,15), то ее истинная температура T = 1500 К.

№ слайда 79 Закон Вина: длина волны m, на которую приходится максимум испускательной способн
Описание слайда:

Закон Вина: длина волны m, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Значение постоянной Вина b равно b = 2,898 10 3 м К.

№ слайда 80 Закон смещения Вина показывает, что при повышении температуры абсолютно черного
Описание слайда:

Закон смещения Вина показывает, что при повышении температуры абсолютно черного тела положение максимума его испускательной способности смещается в область коротких длин волн. Результаты экспериментов, приведены на рис. 5.4. Для реальных тел закон Вина выполняется лишь качественно. С ростом температуры любого тела длина волны, вблизи которой тело излучает больше всего энергии, также смещается в сторону коротких длин волн. Это смещение, однако, уже не описывается простой формулой m = b/T, которую для излучения реальных тел можно использовать только в качестве оценочной.

№ слайда 81 Формула Рэлея Джинса достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными
Описание слайда:

Формула Рэлея Джинса достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными для излучения абсолютно черного тела в области малых частот или больших длин волн и резко расходится с опытом для больших частот или малых длин волн излучения. Кроме того, интегрируя u ,T по всем частотам, мы получаем бесконечные значения для интегральной плотности энергии равновесного теплового излучения u(T) и для энергетической светимости абсолютно черного тела R*:

№ слайда 82 Так как размерность этой постоянной «энергия×время» совпадает с размерностью вел
Описание слайда:

Так как размерность этой постоянной «энергия×время» совпадает с размерностью величины, которую в механике называют действием, то постоянную Планка называют также квантом действия. Гипотеза Планка о квантах нарушила «очевидное» правило классической физики о том, что любая физическая величина, в том числе и энергия, изменяется непрерывным образом, и за бесконечно малый промежуток времени ее изменение всегда бесконечно мало.

№ слайда 83 В области больших частот отличие средней энергии излучения, рассчитанной по форм
Описание слайда:

В области больших частот отличие средней энергии излучения, рассчитанной по формулам классической и квантовой физики становится существенным. Именно в этой области частот классическая теория излучения приводит к «ультрафиолетовой катастрофе». Квантовая теория излучения устраняет это противоречие теории и эксперимента.

Скачать эту презентацию


Презентации по предмету
Презентации из категории
Лучшее на fresher.ru