§ 4 Liwanag ng enerhiya. Batas Stefan-Boltzmann.

Batas sa displacement ni Wien

RE(pinagsamang liwanag ng enerhiya) - Tinutukoy ng liwanag ng enerhiya ang dami ng enerhiya na ibinubuga mula sa isang ibabaw bawat yunit ng oras sa buong saklaw ng frequency mula 0 hanggang ∞ sa isang ibinigay na temperatura T.

Koneksyon enerhiya ningning at ningning

[R e ] \u003d J / (m 2 s) \u003d W / m 2

Ang batas ni J. Stefan (Austrian scientist) at L. Boltzmann (German scientist)

saan

σ \u003d 5.67 10 -8 W / (m 2 K 4) - Stef-on-Boltzmann constant.

Ang liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan ay proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng thermodynamic na temperatura.

Batas ni Stefan-Boltzmann, na tumutukoy sa pagtitiwalaREsa temperatura, ay hindi nagbibigay ng sagot tungkol sa parang multo na komposisyon ng radiation ng isang ganap na itim na katawan. Mula sa mga eksperimentong kurba ng pagdependerλ ,T mula sa λ sa iba't-ibang T ito ay sumusunod na ang distribusyon ng enerhiya sa spectrum ng isang blackbody ay hindi pantay. Ang lahat ng mga curves ay may maximum, na may pagtaas T lumilipat patungo sa mas maikling wavelength. Lugar na napapalibutan ng dependency curver Ang λ ,T mula sa λ, ay katumbas ng RE(ito ay sumusunod mula sa geometric na kahulugan ng integral) at proporsyonal sa T 4 .

Wien's displacement law (1864 - 1928): Length, waves (λ max), which accounts for the maximum emissivity of an a.ch.t. sa isang naibigay na temperatura, ay inversely proportional sa temperatura T.

b\u003d 2.9 10 -3 m K - Wien's constant.

Ang paglilipat ng Wien ay nangyayari dahil habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang pinakamataas na emissivity patungo sa mas maikling mga wavelength.

§ 5 Rayleigh-Jeans formula, Wien's formula at ultraviolet catastrophe

Ang batas ng Stefan-Boltzmann ay nagpapahintulot sa iyo na matukoy ang liwanag ng enerhiyaREa.h.t. sa pamamagitan ng temperatura nito. Iniuugnay ng batas ng displacement ng Wien ang temperatura ng katawan sa haba ng daluyong kung saan bumaba ang pinakamataas na emissivity. Ngunit ni isa o ang iba pang batas ay hindi malulutas ang pangunahing problema kung gaano kalaki ang radiative na kakayahan sa bawat λ sa spectrum ng isang A.Ch.T. sa isang temperatura T. Upang gawin ito, kailangan mong magtatag ng functional dependencyrλ ,T mula sa λ at T.

Batay sa konsepto ng tuluy-tuloy na katangian ng paglabas ng mga electromagnetic wave sa batas ng pare-parehong pamamahagi ng mga enerhiya sa mga antas ng kalayaan, dalawang mga formula ang nakuha para sa emissivity ng isang a.ch.t.:

• Formula ng Alak

saan a, b = const.

• Formula ng Rayleigh-Jeans

k =1.38·10 -23 J/K - Boltzmann's constant.

Ipinakita ng eksperimental na pag-verify na para sa isang partikular na temperatura ang formula ng Wien ay tama para sa mga maiikling alon at nagbibigay ng matalim na pagkakaiba sa karanasan sa rehiyon ng mahabang alon. Ang formula ng Rayleigh-Jeans ay lumabas na tama para sa mahabang alon at hindi naaangkop para sa maikli.

Ang pag-aaral ng thermal radiation gamit ang Rayleigh-Jeans formula ay nagpakita na sa loob ng balangkas ng classical physics imposibleng malutas ang problema ng function na nagpapakilala sa emissivity ng isang AChT. Ang hindi matagumpay na pagtatangka na ipaliwanag ang mga batas ng radiation ng A.Ch.T. sa tulong ng apparatus ng classical physics, tinawag itong "ultraviolet catastrophe".

Kung susubukan nating kalkulahinREgamit ang formula ng Rayleigh-Jeans, pagkatapos

• “ sakuna ng ultraviolet”

§6 Quantum hypothesis at pormula ni Planck.

Noong 1900, si M. Planck (isang Aleman na siyentipiko) ay naglagay ng isang hypothesis ayon sa kung saan ang paglabas at pagsipsip ng enerhiya ay hindi nangyayari nang tuluy-tuloy, ngunit sa ilang maliliit na bahagi - quanta, at ang quantum na enerhiya ay proporsyonal sa dalas ng oscillation (pormula ng Planck ):

h \u003d 6.625 10 -34 J s - Planck's constant o

saan

Dahil ang radiation ay nangyayari sa mga bahagi, ang enerhiya ng oscillator (oscillating atom, electron) E ay kumukuha lamang ng mga halaga na mga multiple ng isang integer na numero ng elementarya na bahagi ng enerhiya, iyon ay, mga discrete value lamang.

E = n E o = nhν .

PHOTOELECTRIC EFFECT

Ang impluwensya ng liwanag sa kurso ng mga prosesong elektrikal ay unang pinag-aralan ni Hertz noong 1887. Nagsagawa siya ng mga eksperimento na may electric spark gap at nalaman na kapag na-irradiated ng ultraviolet radiation, ang discharge ay nangyayari sa mas mababang boltahe.

Noong 1889-1895. A.G. Pinag-aralan ni Stoletov ang epekto ng liwanag sa mga metal gamit ang sumusunod na pamamaraan. Dalawang electrodes: cathode K na gawa sa metal na pinag-aaralan at anode A (sa Stoletov's scheme - isang metal mesh na nagpapadala ng liwanag) sa isang vacuum tube ay konektado sa baterya upang sa tulong ng paglaban R maaari mong baguhin ang halaga at tanda ng boltahe na inilapat sa kanila. Kapag ang zinc cathode ay irradiated, isang kasalukuyang dumaloy sa circuit, na naitala ng isang milliammeter. Sa pamamagitan ng pag-iilaw sa cathode na may liwanag ng iba't ibang mga wavelength, itinatag ni Stoletov ang mga sumusunod na pangunahing batas:

• Ang pinakamalakas na epekto ay ibinibigay ng ultraviolet radiation;
• Sa ilalim ng pagkilos ng liwanag, ang mga negatibong singil ay tumakas mula sa katod;
• Ang lakas ng kasalukuyang nabuo ng pagkilos ng liwanag ay direktang proporsyonal sa intensity nito.

Sinukat nina Lenard at Thomson noong 1898 ang tiyak na singil ( e/ m), naglabas ng mga particle, at ito ay naging katumbas ng tiyak na singil ng elektron, samakatuwid, ang mga electron ay pinalabas mula sa katod.

§ 2 Panlabas na photoelectric effect. Tatlong batas ng panlabas na epekto ng photoelectric

Ang panlabas na photoelectric effect ay ang paglabas ng mga electron ng isang sangkap sa ilalim ng pagkilos ng liwanag. Ang mga electron na tumatakas mula sa isang substance na may panlabas na photoelectric effect ay tinatawag na photoelectrons, at ang kasalukuyang nabubuo nila ay tinatawag na photocurrent.

Gamit ang Stoletov scheme, ang sumusunod na pag-asa ng photocurrent sainilapat na boltahe sa pare-pareho ang luminous flux F(iyon ay, nakuha ang katangian ng I–V - katangian ng kasalukuyang boltahe):

Sa ilang boltaheUHumabot sa saturation ang photocurrentako n - lahat ng mga electron na ibinubuga ng katod ay umabot sa anode, kaya ang kasalukuyang saturationako n ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na ibinubuga ng katod sa bawat yunit ng oras sa ilalim ng pagkilos ng liwanag. Ang bilang ng mga inilabas na photoelectron ay proporsyonal sa bilang ng light quanta incident sa ibabaw ng cathode. At ang bilang ng liwanag na quanta ay tinutukoy ng maliwanag na pagkilos ng bagay F nahuhulog sa katod. Bilang ng mga photonNbumabagsak sa paglipas ng panahont sa ibabaw ay tinutukoy ng formula:

saan W- radiation enerhiya na natanggap ng ibabaw sa panahon ng Δt,

enerhiya ng photon,

F e -luminous flux (kapangyarihan sa radiation).

1st batas ng panlabas na photoelectric effect (Batas ni Stoletov):

Sa isang nakapirming dalas ng ilaw ng insidente, ang saturation photocurrent ay proporsyonal sa liwanag na pagkilos ng pangyayari:

akosa amin~ Ф, ν =const

Uh - pagpapahinto ng boltahe ay ang boltahe kung saan walang electron ang makakarating sa anode. Samakatuwid, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya sa kasong ito ay maaaring isulat: ang enerhiya ng mga emitted electron ay katumbas ng retarding energy ng electric field.

samakatuwid, mahahanap ng isa ang pinakamataas na bilis ng mga inilabas na photoelectronVmax

2nd batas ng photoelectric effect : maximum na paunang bilisVmaxAng mga photoelectron ay hindi nakadepende sa intensity ng ilaw ng insidente (on F), ngunit natutukoy lamang sa dalas nito ν

Ika-3 batas ng photoelectric effect : para sa bawat sangkap na mayroon "red border" photo effect, iyon ay, ang pinakamababang dalas ν kp , depende sa likas na kemikal ng sangkap at ang estado ng ibabaw nito, kung saan posible pa rin ang panlabas na photoelectric na epekto.

Ang ikalawa at ikatlong batas ng photoelectric effect ay hindi maipaliwanag gamit ang wave nature ng liwanag (o ang classical electromagnetic theory of light). Ayon sa teoryang ito, ang pagbunot ng mga conduction electron mula sa metal ay ang resulta ng kanilang "pagtumba" ng electromagnetic field ng light wave. Habang tumataas ang intensity ng liwanag ( F) ang enerhiya na ipinadala ng electron ng metal ay dapat tumaas, samakatuwid, dapat itong tumaasVmax, at ito ay sumasalungat sa 2nd law ng photoelectric effect.

Dahil, ayon sa teorya ng alon, ang enerhiya na ipinadala ng electromagnetic field ay proporsyonal sa intensity ng liwanag ( F), pagkatapos ay anumang liwanag; frequency, ngunit ang isang sapat na mataas na intensity ay kailangang maglabas ng mga electron mula sa metal, iyon ay, ang pulang hangganan ng photoelectric effect ay hindi iiral, na sumasalungat sa ika-3 batas ng photoelectric effect. Ang panlabas na photoelectric effect ay inertialess. At hindi maipaliwanag ng wave theory ang pagiging inertialess nito.

§ 3 Einstein's equation para sa panlabas na photoelectric effect.

Pag-andar ng trabaho

Noong 1905, ipinaliwanag ni A. Einstein ang photoelectric effect batay sa mga konseptong quantum. Ayon kay Einstein, ang liwanag ay hindi lamang inilalabas ng quanta alinsunod sa hypothesis ni Planck, ngunit nagpapalaganap sa kalawakan at sinisipsip ng materya sa magkakahiwalay na bahagi - quanta na may enerhiya. E0 = hv. Ang quanta ng electromagnetic radiation ay tinatawag mga photon.

Ang equation ni Einstein (ang batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa panlabas na epekto ng larawan):

Enerhiya ng photon ng insidente hv ay ginugol sa paghila ng isang elektron mula sa metal, iyon ay, sa pag-andar ng trabaho A out, at upang maiparating ang kinetic energy sa emitted photoelectron.

Ang pinakamaliit na enerhiya na dapat ibigay sa isang electron upang maalis ito mula sa isang solidong katawan sa isang vacuum ay tinatawag function ng trabaho.

Dahil ang enerhiya ng Ferm sa E Fdepende sa temperatura at E F, nagbabago rin sa temperatura, kung gayon, samakatuwid, A out nakadepende sa temperatura.

Bilang karagdagan, ang pag-andar ng trabaho ay napaka-sensitibo sa pagtatapos ng ibabaw. Paglalapat ng isang pelikula sa ibabaw Sa, SG, Wa) sa WA outbumababa mula 4.5 eV para sa purongW hanggang 1.5 h 2 eV para sa karumihanW.

Ginagawang posible ng equation ni Einstein na ipaliwanag sa c e tatlong batas ng panlabas na photo-effect,

Unang batas: ang bawat quantum ay hinihigop ng isang electron lamang. Samakatuwid, ang bilang ng mga ejected photoelectrons ay dapat na proporsyonal sa intensity ( F) Sveta

ikalawang batas: Vmax~ ν at mula noon A out hindi nakadepende sa F, pagkatapos atVmax hindi nakadepende sa F

3rd law: Habang bumababa ang ν,Vmax at para sa ν = ν 0 Vmax = 0, samakatuwid,hν 0 = A out, samakatuwid, i.e. mayroong isang minimum na dalas, simula kung saan posible ang panlabas na photoelectric effect.

Ang thermal radiation ng mga katawan ay tinatawag na electromagnetic radiation na nangyayari dahil sa bahaging iyon ng panloob na enerhiya ng katawan, na may kaugnayan sa thermal motion ng mga particle nito.

Ang mga pangunahing katangian ng thermal radiation ng mga katawan na pinainit sa isang temperatura T ay:

1. Enerhiya ningningR (T ) -ang dami ng enerhiya na ibinubuga sa bawat yunit ng oras sa bawat yunit ng ibabaw ng katawan, sa buong hanay ng mga wavelength. Depende sa temperatura, kalikasan at estado ng ibabaw ng katawan na nag-iilaw. Sa sistema ng SI R ( T ) ay may sukat [W/m 2].

2. Spectral density ng liwanag ng enerhiyar (  ,T) =dW/ d - ang dami ng enerhiya na ibinubuga ng isang yunit ng ibabaw ng katawan sa bawat yunit ng oras sa pagitan ng isang yunit ng wavelength (malapit sa itinuturing na wavelength ). Yung. ang dami na ito ay katumbas ng numero sa ratio ng enerhiya dW ibinubuga sa bawat unit area bawat yunit ng oras sa isang makitid na hanay ng mga wavelength mula sa  dati  +d , sa lapad ng agwat na ito. Depende ito sa temperatura ng katawan, sa haba ng daluyong, at gayundin sa kalikasan at estado ng ibabaw ng katawan na nag-iilaw. Sa sistema ng SI r( , T) ay may sukat [W/m 3].

Liwanag ng enerhiya R(T) nauugnay sa spectral density ng liwanag ng enerhiya r( , T) sa sumusunod na paraan:

(1) [W/m2]

3. Ang lahat ng mga katawan ay hindi lamang nagliliwanag, ngunit sumisipsip din ng mga electromagnetic wave na insidente sa kanilang ibabaw. Upang matukoy ang kapasidad ng pagsipsip ng mga katawan na may kaugnayan sa mga electromagnetic wave ng isang tiyak na haba ng daluyong, ipinakilala ang konsepto monochromatic absorption coefficient-ang ratio ng enerhiya ng isang monochromatic wave na hinihigop ng ibabaw ng katawan sa enerhiya ng isang insidente na monochromatic wave:

Ang monochromatic absorption coefficient ay isang walang sukat na dami na nakadepende sa temperatura at wavelength. Ipinapakita nito kung anong bahagi ng enerhiya ng insidente na monochromatic wave ang hinihigop ng ibabaw ng katawan. Halaga  ( , T) maaaring tumagal ng mga halaga mula 0 hanggang 1.

Ang radiation sa isang adiabatically closed system (hindi nakikipagpalitan ng init sa kapaligiran) ay tinatawag na equilibrium. Kung ang isang maliit na butas ay nilikha sa dingding ng lukab, ang estado ng balanse ay bahagyang magbabago, at ang radiation na umaalis sa lukab ay tumutugma sa radiation ng balanse.

Kung ang isang sinag ay nakadirekta sa naturang butas, pagkatapos pagkatapos ng paulit-ulit na pagmuni-muni at pagsipsip sa mga dingding ng lukab, hindi na ito makakabalik. Nangangahulugan ito na para sa naturang butas, ang absorption coefficient ( , T) = 1.

Ang itinuturing na saradong lukab na may maliit na butas ay nagsisilbing isa sa mga modelo ganap na itim na katawan.

Itim na itim ang katawantinatawag ang isang katawan na sumisipsip ng lahat ng insidente ng radiation dito, anuman ang direksyon ng radiation ng insidente, ang spectral na komposisyon at polarisasyon nito (nang walang sumasalamin o nagpapadala ng anuman).

Para sa isang blackbody, ang spectral density ng liwanag ng enerhiya ay ilang unibersal na function ng wavelength at temperatura f( , T) at hindi nakasalalay sa kalikasan nito.

Ang lahat ng mga katawan sa kalikasan ay bahagyang sumasalamin sa insidente ng radiation sa kanilang ibabaw at samakatuwid ay hindi nabibilang sa ganap na itim na mga katawan. Kung ang monochromatic absorption coefficient ng isang katawan ay pareho para sa lahat ng wavelength at mas kauntimga yunit(( , T) = Т = const<1),kung gayon ang gayong katawan ay tinatawag kulay-abo. Ang koepisyent ng monochromatic absorption ng isang kulay-abo na katawan ay nakasalalay lamang sa temperatura ng katawan, kalikasan nito at estado ng ibabaw nito.

Ipinakita ni Kirchhoff na para sa lahat ng mga katawan, anuman ang kanilang kalikasan, ang ratio ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa monochromatic absorption coefficient ay ang parehong unibersal na function ng wavelength at temperatura. f( , T) , na kung saan ay ang parang multo density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan :

Ang equation (3) ay ang batas ni Kirchhoff.

Batas ni Kirchhoff ay maaaring formulated tulad nito: para sa lahat ng katawan ng system na nasa thermodynamic equilibrium, ang ratio ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa coefficient Ang monochromatic absorption ay hindi nakasalalay sa likas na katangian ng katawan, ay pareho ang pag-andar para sa lahat ng mga katawan, depende sa wavelength at temperatura T.

Mula sa nabanggit at pormula (3) ay malinaw na sa isang naibigay na temperatura, ang mga kulay abong katawan na iyon na may malaking koepisyent ng pagsipsip ay nagniningning nang mas malakas, at ang mga ganap na itim na katawan ay nagniningning nang mas malakas. Dahil para sa isang ganap na itim na katawan(  , T)=1, pagkatapos ay ipinahihiwatig ng formula (3) na ang universal function f( , T) ay ang spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan

Enerhiya ningning ng katawan- - isang pisikal na dami na isang function ng temperatura at ayon sa bilang na katumbas ng enerhiya na ibinubuga ng katawan sa bawat yunit ng oras bawat yunit ng ibabaw na lugar sa lahat ng direksyon at sa buong frequency spectrum. J/s m²=W/m²

Spectral density ng liwanag ng enerhiya- isang function ng dalas at temperatura na nagpapakilala sa pamamahagi ng enerhiya ng radiation sa buong spectrum ng mga frequency (o mga wavelength). , Ang isang katulad na function ay maaari ding isulat sa mga tuntunin ng wavelength

Mapapatunayan na ang spectral density ng liwanag ng enerhiya, na ipinahayag sa mga tuntunin ng dalas at haba ng daluyong, ay nauugnay sa kaugnayan:

Itim na itim ang katawan- pisikal na idealisasyon na ginagamit sa thermodynamics, isang katawan na sumisipsip ng lahat ng electromagnetic radiation na bumabagsak dito sa lahat ng saklaw at wala itong sinasalamin. Sa kabila ng pangalan, ang isang itim na katawan mismo ay maaaring maglabas ng electromagnetic radiation ng anumang dalas at biswal na may kulay. Ang radiation spectrum ng isang itim na katawan ay tinutukoy lamang ng temperatura nito.

Ang kahalagahan ng isang itim na katawan sa tanong ng spectrum ng thermal radiation ng anumang (kulay-abo at kulay) na mga katawan sa pangkalahatan, bilang karagdagan sa pagiging pinakasimpleng di-maliit na kaso, ay din sa katotohanan na ang tanong ng spectrum ng equilibrium Ang thermal radiation ng mga katawan ng anumang kulay at reflection coefficient ay nabawasan ng mga pamamaraan ng klasikal na thermodynamics sa tanong ng radiation mula sa isang ganap na itim na katawan (at sa kasaysayan ito ay nagawa na sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, nang ang problema ng radiation mula sa isang ang ganap na itim na katawan ay lumitaw sa unahan).

Ang mga ganap na itim na katawan ay hindi umiiral sa kalikasan, samakatuwid, sa pisika, isang modelo ang ginagamit para sa mga eksperimento. Ito ay isang saradong lukab na may maliit na butas. Ang liwanag na pumapasok sa butas na ito ay ganap na mahihigop pagkatapos ng paulit-ulit na pagmuni-muni, at ang butas ay magiging ganap na itim mula sa labas. Ngunit kapag ang lukab na ito ay pinainit, magkakaroon ito ng sariling nakikitang radiation. Dahil ang radiation na ibinubuga ng mga panloob na dingding ng lukab, bago ito lumabas (pagkatapos ng lahat, ang butas ay napakaliit), sa karamihan ng mga kaso, ito ay sasailalim sa isang malaking bilang ng mga bagong pagsipsip at radiation, maaari itong sabihin na may katiyakan na ang radiation sa loob ng cavity ay nasa thermodynamic equilibrium sa mga dingding. (Sa katunayan, ang butas para sa modelong ito ay hindi mahalaga sa lahat, ito ay kinakailangan lamang upang bigyang-diin ang pangunahing pagmamasid ng radiation sa loob; ang butas ay maaaring, halimbawa, ganap na sarado, at mabilis na mabuksan lamang kapag ang balanse ay naisara na. itinatag at ang pagsukat ay ginagawa).

2. Batas sa radiation ni Kirchhoff ay isang pisikal na batas na itinatag ng German physicist na si Kirchhoff noong 1859. Sa modernong pagbabalangkas, ang batas ay nagbabasa ng mga sumusunod: Ang ratio ng emissivity ng anumang katawan sa kapasidad ng pagsipsip nito ay pareho para sa lahat ng mga katawan sa isang naibigay na temperatura para sa isang ibinigay na dalas at hindi nakasalalay sa kanilang hugis, komposisyon ng kemikal, atbp.

Ito ay kilala na kapag ang electromagnetic radiation ay bumagsak sa isang tiyak na katawan, ang bahagi nito ay makikita, ang bahagi ay nasisipsip, at ang bahagi ay maaaring mailipat. Ang fraction ng absorbed radiation sa isang ibinigay na frequency ay tinatawag kapasidad ng pagsipsip katawan . Sa kabilang banda, ang bawat pinainit na katawan ay nagpapalabas ng enerhiya ayon sa isang tiyak na batas, na tinatawag emissivity ng katawan.

Ang mga halaga at maaaring mag-iba nang malaki kapag lumilipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa, gayunpaman, ayon sa batas ng radiation ng Kirchhoff, ang ratio ng mga kakayahan sa paglabas at pagsipsip ay hindi nakasalalay sa likas na katangian ng katawan at isang unibersal na pag-andar ng dalas ( wavelength) at temperatura:

Sa pamamagitan ng kahulugan, ang isang ganap na itim na katawan ay sumisipsip ng lahat ng radiation na bumabagsak dito, iyon ay, para dito. Samakatuwid, ang pag-andar ay tumutugma sa emissivity ng isang ganap na itim na katawan, na inilarawan ng batas ng Stefan-Boltzmann, bilang isang resulta kung saan ang emissivity ng anumang katawan ay matatagpuan batay lamang sa kapasidad ng pagsipsip nito.

Batas Stefan-Boltzmann- ang batas ng radiation ng isang ganap na itim na katawan. Tinutukoy ang pag-asa ng kapangyarihan ng radiation ng isang ganap na itim na katawan sa temperatura nito. Ang mga salita ng batas: Ang kapangyarihan ng radiation ng isang ganap na itim na katawan ay direktang proporsyonal sa lugar sa ibabaw at ang ikaapat na kapangyarihan ng temperatura ng katawan: P = Sεσ T 4 , kung saan ang ε ay ang antas ng emissivity (para sa lahat ng mga sangkap ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

Gamit ang batas ng Planck para sa radiation, ang pare-parehong σ ay maaaring tukuyin bilang kung saan ang pare-pareho ng Planck, k ay ang Boltzmann constant, c ay ang bilis ng liwanag.

Numerical value J s −1 m −2 K −4 .

Ang German physicist na si W. Wien (1864-1928), na umaasa sa mga batas ng thermo- at electrodynamics, ay itinatag ang pag-asa ng wavelength l max na tumutugma sa maximum ng function. r l , T , temperatura T. Ayon kay Batas sa displacement ni Wien,l max \u003d b / T

ibig sabihin, ang wavelength l max na tumutugma sa maximum na halaga ng spectral density ng liwanag ng enerhiya r l, T ang blackbody ay inversely proportional sa thermodynamic temperature nito, b- Ang pare-pareho ng Wien: ang pang-eksperimentong halaga nito ay 2.9 10 -3 m K. Samakatuwid ang expression (199.2) ay tinatawag na batas pagkiling Ang kasalanan ay ipinapakita nito ang pag-aalis ng posisyon ng maximum ng function r l, T habang ang temperatura ay tumataas sa rehiyon ng maikling wavelength. Ipinapaliwanag ng batas ni Wien kung bakit, habang bumababa ang temperatura ng mga pinainit na katawan, nangingibabaw ang long-wave radiation sa kanilang spectrum (halimbawa, ang paglipat ng puting init sa pula kapag lumalamig ang metal).

Sa kabila ng katotohanan na ang mga batas ng Stefan-Boltzmann at Wien ay may mahalagang papel sa teorya ng thermal radiation, sila ay mga partikular na batas, dahil hindi sila nagbibigay ng pangkalahatang larawan ng pamamahagi ng enerhiya sa mga frequency sa iba't ibang temperatura.

3. Hayaang ang mga dingding ng lukab na ito ay ganap na sumasalamin sa liwanag na bumabagsak sa kanila. Ilagay natin sa cavity ang ilang katawan na maglalabas ng liwanag na enerhiya. Ang isang electromagnetic field ay lilitaw sa loob ng lukab at, sa huli, ito ay mapupuno ng radiation na nasa isang estado ng thermal equilibrium sa katawan. Darating din ang equilibrium sa kaso kung saan, sa anumang paraan, ang pagpapalitan ng init ng iniimbestigahan na katawan sa kapaligiran nito ay ganap na naalis (halimbawa, isasagawa namin ang mental na eksperimentong ito sa isang vacuum, kapag walang mga phenomena ng heat conduction at convection). Dahil lamang sa mga proseso ng paglabas at pagsipsip ng liwanag, ang ekwilibriyo ay kinakailangang dumating: ang nag-iilaw na katawan ay magkakaroon ng temperatura na katumbas ng temperatura ng electromagnetic radiation na isotropic na pumupuno sa espasyo sa loob ng lukab, at ang bawat napiling bahagi ng ibabaw ng katawan ay maglalabas bilang maraming enerhiya sa bawat yunit ng oras habang ito ay sumisipsip. Sa kasong ito, ang equilibrium ay dapat mangyari anuman ang mga katangian ng katawan na inilagay sa loob ng saradong lukab, na, gayunpaman, ay nakakaapekto sa oras na kinakailangan upang maitatag ang ekwilibriyo. Ang density ng enerhiya ng electromagnetic field sa cavity, tulad ng ipapakita sa ibaba, sa estado ng equilibrium ay tinutukoy lamang ng temperatura.

Upang makilala ang equilibrium thermal radiation, hindi lamang ang dami ng enerhiya density ang mahalaga, kundi pati na rin ang pamamahagi ng enerhiya na ito sa spectrum. Samakatuwid, ilalarawan natin ang equilibrium radiation na isotropic na pumupuno sa espasyo sa loob ng cavity gamit ang function u ω - spectral density ng radiation, ibig sabihin, ang average na enerhiya ng isang unit volume ng electromagnetic field, na ibinahagi sa frequency range mula ω hanggang ω + δω at nauugnay sa halaga ng interval na ito. Malinaw ang halaga u Ang ω ay dapat na nakadepende nang malaki sa temperatura, kaya tinutukoy namin ito u(ω, T). Kabuuang density ng enerhiya U(T) konektado sa u(ω, T) pormula .

Sa mahigpit na pagsasalita, ang konsepto ng temperatura ay naaangkop lamang sa equilibrium thermal radiation. Sa equilibrium, ang temperatura ay dapat manatiling pare-pareho. Gayunpaman, kadalasan ang konsepto ng temperatura ay ginagamit din upang makilala ang mga incandescent body na wala sa equilibrium sa radiation. Bukod dito, sa isang mabagal na pagbabago sa mga parameter ng system, posible sa bawat naibigay na tagal ng panahon upang makilala ang temperatura nito, na dahan-dahang magbabago. Kaya, halimbawa, kung walang pag-agos ng init at radiation ay dahil sa isang pagbawas sa enerhiya ng isang makinang na katawan, kung gayon ang temperatura nito ay bababa din.

Magtatag tayo ng koneksyon sa pagitan ng emissivity ng isang itim na katawan at ang spectral density ng equilibrium radiation. Upang gawin ito, kinakalkula namin ang insidente ng pagkilos ng enerhiya sa isang solong lugar na matatagpuan sa loob ng isang saradong lukab na puno ng medium-density na electromagnetic na enerhiya Ikaw ω . Hayaang mahulog ang radiation sa isang unit area sa direksyon na tinutukoy ng mga anggulo θ at ϕ (Fig. 6a) sa loob ng solid angle dΩ:

Dahil ang equilibrium radiation ay isotropic, isang fraction na katumbas ng kabuuang enerhiya na pumupuno sa cavity ay kumakalat sa isang solidong anggulo. Ang daloy ng electromagnetic energy na dumadaan sa isang unit area kada yunit ng oras

Pinapalitan dΩ expression at pagsasama-sama ng higit sa ϕ sa loob ng (0, 2π) at higit sa θ sa loob ng (0, π/2), nakukuha namin ang kabuuang insidente ng pagkilos ng enerhiya sa isang unit area:

Malinaw na sa ilalim ng mga kondisyon ng ekwilibriyo kinakailangan na itumbas ang expression (13) ng emissivity ng isang ganap na itim na katawan. rω , na nagpapakilala sa energy flux na ibinubuga ng site sa isang unit frequency interval malapit sa ω:

Kaya, ipinapakita na ang emissivity ng isang ganap na itim na katawan, hanggang sa isang kadahilanan c/4, ay tumutugma sa spectral density ng equilibrium radiation. Ang pagkakapantay-pantay (14) ay dapat masiyahan para sa bawat spectral na bahagi ng radiation, samakatuwid ito ay sumusunod mula dito na f(ω, T)= u(ω, T) (15)

Sa konklusyon, itinuturo namin na ang radiation ng isang ganap na itim na katawan (halimbawa, ang ilaw na ibinubuga ng isang maliit na butas sa lukab) ay hindi na magiging balanse. Sa partikular, ang radiation na ito ay hindi isotropic, dahil hindi ito kumakalat sa lahat ng direksyon. Ngunit ang distribusyon ng enerhiya sa spectrum para sa naturang radiation ay magkakasabay sa spectral density ng equilibrium radiation na isotropic na pumupuno sa espasyo sa loob ng cavity. Ginagawa nitong posible na gumamit ng kaugnayan (14), na may bisa sa anumang temperatura. Walang ibang pinagmumulan ng liwanag na may katulad na pamamahagi ng enerhiya sa buong spectrum. Kaya, halimbawa, ang isang electric discharge sa mga gas o isang glow sa ilalim ng pagkilos ng mga reaksiyong kemikal ay may spectra na makabuluhang naiiba mula sa glow ng isang ganap na itim na katawan. Ang distribusyon ng enerhiya sa spectrum ng mga incandescent na katawan ay kapansin-pansing naiiba din sa glow ng isang blackbody, na mas mataas sa pamamagitan ng paghahambing ng spectra ng isang karaniwang pinagmumulan ng liwanag (isang incandescent lamp na may tungsten filament) at isang blackbody.

4. Batay sa batas ng equipartition ng enerhiya sa mga antas ng kalayaan: para sa bawat electromagnetic oscillation, mayroong isang average na enerhiya na idinagdag mula sa dalawang bahagi kT. Ang isang kalahati ay ipinakilala ng mga de-koryenteng bahagi ng alon, at ang isa pang kalahati ay sa pamamagitan ng magnetic component. Sa pamamagitan ng kanyang sarili, ang equilibrium radiation sa lukab ay maaaring kinakatawan bilang isang sistema ng mga nakatayong alon. Ang bilang ng mga nakatayong alon sa tatlong-dimensional na espasyo ay ibinibigay ng:

Sa aming kaso, ang bilis v dapat katumbas ng c, bukod dito, ang dalawang electromagnetic wave na may parehong dalas, ngunit may magkaparehong patayo na mga polarisasyon, ay maaaring lumipat sa parehong direksyon, pagkatapos (1) bilang karagdagan ay dapat na i-multiply ng dalawa:

Kaya, Rayleigh at Jeans, ang enerhiya ay itinalaga sa bawat oscillation. Ang pag-multiply ng (2) sa , nakukuha natin ang density ng enerhiya na bumabagsak sa frequency interval dω:

Alam ang kaugnayan ng emissivity ng isang ganap na itim na katawan f(ω, T) na may equilibrium energy density ng thermal radiation, para sa f(ω, T) makikita natin: Ang mga ekspresyon (3) at (4), ay tinatawag Formula ng Rayleigh-Jeans.

Ang mga formula (3) at (4) ay kasiya-siyang sumasang-ayon sa pang-eksperimentong data para lamang sa mahabang wavelength; sa mas maiikling wavelength, ang kasunduan sa eksperimento ay mabilis na nag-iiba. Bukod dito, ang pagsasama-sama (3) sa ω sa hanay mula 0 hanggang para sa density ng enerhiya ng equilibrium u(T) ay nagbibigay ng walang katapusang malaking halaga. Ang resultang ito, tinatawag sakuna ng ultraviolet, malinaw naman, ay sumasalungat sa eksperimento: ang equilibrium sa pagitan ng radiation at ng radiating body ay dapat na maitatag sa may hangganang halaga u(T).

sakuna ng ultraviolet- isang pisikal na termino na naglalarawan sa kabalintunaan ng klasikal na pisika, na binubuo sa katotohanan na ang kabuuang kapangyarihan ng thermal radiation ng anumang pinainit na katawan ay dapat na walang hanggan. Ang pangalan ng kabalintunaan ay dahil sa ang katunayan na ang spectral power density ng radiation ay kailangang lumaki nang walang katiyakan habang ang haba ng daluyong ay umikli. Sa esensya, ang kabalintunaan na ito ay nagpakita, kung hindi ang panloob na hindi pagkakapare-pareho ng klasikal na pisika, kung gayon hindi bababa sa isang lubhang matalim (walang katotohanan) na pagkakaiba sa elementarya na mga obserbasyon at eksperimento.

5. Ang hypothesis ni Planck- isang hypothesis na iniharap noong Disyembre 14, 1900 ni Max Planck at binubuo sa katotohanan na sa panahon ng thermal radiation, ang enerhiya ay ibinubuga at hinihigop hindi tuloy-tuloy, ngunit sa magkahiwalay na quanta (mga bahagi). Ang bawat naturang bahagi-kuwantum ay may enerhiya , proporsyonal sa dalas ν radiation:

saan h o - ang koepisyent ng proporsyonalidad, na kalaunan ay tinawag na Planck's constant. Batay sa hypothesis na ito, iminungkahi niya ang isang theoretical derivation ng relasyon sa pagitan ng temperatura ng isang katawan at ng radiation na ibinubuga ng katawan na ito - ang formula ni Planck.

Formula ng Planck- isang expression para sa spectral power density ng radiation mula sa isang itim na katawan, na nakuha ni Max Planck. Para sa density ng enerhiya ng radiation u(ω, T):

Ang pormula ng Planck ay nakuha pagkatapos na maging malinaw na ang pormula ng Rayleigh-Jeans ay kasiya-siyang naglalarawan ng radiation sa rehiyon lamang ng mahabang alon. Upang makuha ang pormula, ginawa ni Planck noong 1900 ang pagpapalagay na ang electromagnetic radiation ay ibinubuga sa anyo ng magkahiwalay na bahagi ng enerhiya (quanta), ang magnitude nito ay nauugnay sa dalas ng radiation sa pamamagitan ng expression:

Ang koepisyent ng proporsyonalidad ay tinawag na pare-pareho ng Planck, = 1.054 10 −27 erg s.

Upang ipaliwanag ang mga katangian ng thermal radiation, kinakailangan na ipakilala ang konsepto ng paglabas ng electromagnetic radiation sa mga bahagi (quanta). Ang quantum nature ng radiation ay kinumpirma rin ng pagkakaroon ng short-wavelength na hangganan ng bremsstrahlung spectrum.

Ang X-ray radiation ay nangyayari kapag ang mga solidong target ay binomba ng mabilis na mga electron. Dito, ang anode ay gawa sa W, Mo, Cu, Pt - heavy refractory o mataas na thermal conductivity na mga metal. 1-3% lamang ng enerhiya ng elektron ang napupunta sa radiation, ang natitira ay inilabas sa anode sa anyo ng init, kaya ang mga anode ay pinalamig ng tubig. Kapag nasa anode na materyal, ang mga electron ay nakakaranas ng malakas na pagbabawas ng bilis at nagiging pinagmumulan ng mga electromagnetic wave (X-ray).

Ang paunang bilis ng isang electron kapag tumama ito sa anode ay tinutukoy ng formula:

saan U ay ang accelerating boltahe.

> Ang kapansin-pansing radiation ay makikita lamang sa panahon ng matalim na pagbabawas ng bilis ng mga mabibilis na electron, simula sa U~ 50 kV, habang ( kasama ay ang bilis ng liwanag). Sa induction electron accelerators - betatrons, ang mga electron ay nakakakuha ng enerhiya hanggang 50 MeV, = 0.99995 kasama. Sa pamamagitan ng pagdidirekta sa mga electron sa isang solidong target, nakakakuha tayo ng X-ray radiation na may maliit na wavelength. Ang radiation na ito ay may mataas na lakas ng pagtagos. Ayon sa classical electrodynamics, kapag ang isang electron ay bumababa, ang radiation ng lahat ng wavelength mula sa zero hanggang sa infinity ay dapat lumitaw. Ang haba ng daluyong kung saan bumaba ang pinakamataas na lakas ng radiation ay dapat bumaba habang tumataas ang bilis ng elektron. Gayunpaman, mayroong isang pangunahing pagkakaiba mula sa klasikal na teorya: ang mga zero na pamamahagi ng kapangyarihan ay hindi napupunta sa pinanggalingan, ngunit nasira sa may hangganan na mga halaga - ito ay maikling wavelength na gilid ng X-ray spectrum.

Ito ay eksperimento na itinatag na

Ang pagkakaroon ng isang short-wavelength na hangganan ay direktang sumusunod sa quantum nature ng radiation. Sa katunayan, kung ang radiation ay lumitaw dahil sa enerhiya na nawala ng electron sa panahon ng deceleration, kung gayon ang enerhiya ng quantum ay hindi maaaring lumampas sa enerhiya ng electron. EU, ibig sabihin. , mula dito o .

Sa eksperimentong ito, matutukoy mo ang pare-pareho ng Planck h. Sa lahat ng mga pamamaraan para sa pagtukoy ng pare-pareho ng Planck, ang pamamaraan batay sa pagsukat ng maikling wavelength na gilid ng bremsstrahlung spectrum ay ang pinakatumpak.

7. Epekto ng larawan- ito ay ang paglabas ng mga electron ng isang sangkap sa ilalim ng pagkilos ng liwanag (at, sa pangkalahatan, anumang electromagnetic radiation). Sa mga condensed substance (solid at liquid), ang panlabas at panloob na photoelectric effect ay nakikilala.

Mga batas ng photoelectric effect:

Salita 1st batas ng photoelectric effect: ang bilang ng mga electron na inilalabas ng liwanag mula sa ibabaw ng isang metal sa bawat yunit ng oras sa isang ibinigay na dalas ay direktang proporsyonal sa liwanag na pagkilos ng bagay na nagpapaliwanag sa metal.

Ayon kay 2nd batas ng photoelectric effect, ang maximum na kinetic energy ng mga electron na inilalabas ng liwanag ay tumataas ng linearly sa dalas ng liwanag at hindi nakadepende sa intensity nito.

Ika-3 batas ng photoelectric effect: para sa bawat sangkap ay may pulang hangganan ng photoelectric effect, iyon ay, ang pinakamababang dalas ng liwanag ν 0 (o ang maximum na wavelength λ 0), kung saan posible pa rin ang photoelectric effect, at kung ν 0, pagkatapos ay ang photoelectric effect. hindi na nangyayari.

Ang teoretikal na paliwanag ng mga batas na ito ay ibinigay noong 1905 ni Einstein. Ayon sa kanya, ang electromagnetic radiation ay isang stream ng indibidwal na quanta (photon) na may enerhiya hν bawat isa, kung saan ang h ay ang pare-pareho ng Planck. Gamit ang photoelectric effect, ang bahagi ng insidente ng electromagnetic radiation ay makikita mula sa ibabaw ng metal, at ang bahagi ay tumagos sa ibabaw na layer ng metal at nasisipsip doon. Ang pagkakaroon ng pagsipsip ng isang photon, ang electron ay tumatanggap ng enerhiya mula dito at, ginagawa ang work function, iniiwan ang metal: hν = A out + Kami, saan Kami- ang pinakamataas na kinetic energy na maaaring magkaroon ng electron kapag lumilipad palabas ng metal.

Mula sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, kapag ang liwanag ay kinakatawan sa anyo ng mga particle (photon), ang formula ni Einstein para sa photoelectric effect ay sumusunod: hν = A out + Ek

saan A out- tinatawag na. work function (ang pinakamababang enerhiya na kinakailangan upang alisin ang isang electron mula sa isang substance), ang Ek ay ang kinetic energy ng isang emitted electron (depende sa velocity, maaaring kalkulahin o hindi ang kinetic energy ng isang relativistic particle), ν ang frequency ng isang insidenteng photon na may enerhiya hν, h ay pare-pareho ni Planck.

Pag-andar ng trabaho- ang pagkakaiba sa pagitan ng pinakamababang enerhiya (karaniwang sinusukat sa electron volts), na dapat ibigay sa isang electron para sa "direktang" pagtanggal nito mula sa dami ng solid, at ang Fermi energy.

"Pula" na hangganan ng photoelectric effect- pinakamababang dalas o pinakamataas na haba ng daluyong λ max liwanag, kung saan posible pa rin ang panlabas na photoelectric effect, iyon ay, ang paunang kinetic energy ng photoelectrons ay mas malaki kaysa sa zero. Ang dalas ay nakasalalay lamang sa function ng trabaho ng output. A out electron: , saan A out ay ang work function para sa isang partikular na photocathode, h ay ang pare-pareho ni Planck, at kasama ay ang bilis ng liwanag. Pag-andar ng trabaho A out depende sa materyal ng photocathode at sa estado ng ibabaw nito. Ang paglabas ng mga photoelectron ay nagsisimula kaagad, sa sandaling bumagsak ang liwanag sa photocathode na may dalas o wavelength.

Kaya ano ang thermal radiation?

Ang thermal radiation ay electromagnetic radiation na nangyayari dahil sa enerhiya ng rotational at vibrational motion ng mga atom at molecule sa komposisyon ng isang substance. Ang thermal radiation ay katangian ng lahat ng mga katawan na may temperatura na lumampas sa temperatura ng absolute zero.

Ang thermal radiation ng katawan ng tao ay kabilang sa infrared na hanay ng mga electromagnetic wave. Sa unang pagkakataon ang naturang radiation ay natuklasan ng English astronomer na si William Herschel. Noong 1865, pinatunayan ng English physicist na si J. Maxwell na ang infrared radiation ay may electromagnetic na kalikasan at isang wave length na 760 nm hanggang 1-2 mm. Kadalasan, ang buong saklaw ng IR radiation ay nahahati sa mga lugar: malapit (750 nm-2.500nm), katamtaman (2.500 nm - 50.000nm) at malayo (50,000 nm-2.000.000nm).

Isaalang-alang natin ang kaso kapag ang katawan A ay matatagpuan sa cavity B, na limitado ng isang perpektong reflective (radiation-impervious) shell C (Fig. 1). Bilang resulta ng maraming pagmuni-muni mula sa panloob na ibabaw ng shell, ang radiation ay mananatili sa loob ng mirror cavity at bahagyang nasisipsip ng katawan A. Sa ganitong mga kondisyon, ang system cavity B - body A ay hindi mawawalan ng enerhiya, ngunit isang tuluy-tuloy lamang. Ang pagpapalitan ng enerhiya ay magaganap sa pagitan ng katawan A at ng radiation na pumupuno sa cavity B.

Fig.1. Maramihang pagmuni-muni ng mga thermal wave mula sa mga dingding ng salamin ng lukab B

Kung ang pamamahagi ng enerhiya ay nananatiling hindi nagbabago para sa bawat haba ng daluyong, kung gayon ang estado ng naturang sistema ay nasa equilibrium, at ang radiation ay nasa equilibrium din. Ang tanging uri ng equilibrium radiation ay thermal. Kung, sa ilang kadahilanan, ang balanse sa pagitan ng radiation at katawan ay nagbabago, kung gayon ang mga prosesong thermodynamic ay magsisimulang maganap na magbabalik sa sistema sa isang estado ng balanse. Kung ang katawan A ay nagsimulang mag-radiate nang higit pa kaysa sa sinisipsip nito, ang katawan ay nagsisimulang mawalan ng panloob na enerhiya at ang temperatura ng katawan (bilang isang sukatan ng panloob na enerhiya) ay magsisimulang bumagsak, na magbabawas sa dami ng radiated na enerhiya. Ang temperatura ng katawan ay bababa hanggang sa ang dami ng enerhiya na ibinubuga ay maging katumbas ng dami ng enerhiya na hinihigop ng katawan. Kaya, darating ang isang estado ng balanse.

Ang equilibrium thermal radiation ay may mga sumusunod na katangian: homogenous (parehong density ng flux ng enerhiya sa lahat ng mga punto ng cavity), isotropic (posibleng mga direksyon ng pagpapalaganap ay pantay na posibilidad), non-polarized (mga direksyon at halaga ng mga vector ng electric at magnetic Ang mga patlang sa lahat ng mga punto ng lukab ay random na nagbabago).

Ang mga pangunahing katangian ng dami ng thermal radiation ay:

- liwanag ng enerhiya - ito ang dami ng enerhiya ng electromagnetic radiation sa buong wavelength na hanay ng thermal radiation, na pinalalabas ng katawan sa lahat ng direksyon mula sa isang unit surface area bawat unit time: R \u003d E / (S t), [J / (m 2 s)] \u003d [W /m 2 ] Ang liwanag ng enerhiya ay nakasalalay sa likas na katangian ng katawan, ang temperatura ng katawan, ang estado ng ibabaw ng katawan at ang haba ng daluyong ng radiation.

- parang multo density ng liwanag ng enerhiya - enerhiya luminosity ng katawan para sa mga ibinigay na wavelength (λ + dλ) sa isang ibinigay na temperatura (T + dT): R λ,T = f(λ, T).

Ang liwanag ng katawan sa loob ng ilang partikular na wavelength ay kinakalkula sa pamamagitan ng pagsasama ng R λ,T = f(λ, T) para sa T = const:

- koepisyent ng pagsipsip - ang ratio ng enerhiya na hinihigop ng katawan sa enerhiya ng insidente. Kaya, kung ang radiation ng daloy dФ pagkahulog ay bumagsak sa katawan, kung gayon ang isang bahagi nito ay makikita mula sa ibabaw ng katawan - dФ neg, ang iba pang bahagi ay pumasa sa katawan at bahagyang na-convert sa init dФ sumisipsip, at ang ikatlong bahagi, pagkatapos ng ilang panloob na pagmuni-muni, ay dumadaan sa katawan palabas dФ pr : α = dФ absorb /dФ fall.

Ang absorption coefficient α ay depende sa likas na katangian ng absorbing body, ang wavelength ng absorbed radiation, ang temperatura at ang estado ng ibabaw ng katawan.

- monochromatic absorption coefficient- koepisyent ng pagsipsip ng thermal radiation ng isang naibigay na wavelength sa isang partikular na temperatura: α λ,T = f(λ,T)

Kabilang sa mga katawan ay may mga naturang katawan na maaaring sumipsip ng lahat ng thermal radiation ng anumang wavelength na bumaba sa kanila. Ang ganitong perpektong sumisipsip na mga katawan ay tinatawag ganap na itim na mga katawan. Para sa kanila α =1.

Mayroon ding mga kulay abong katawan kung saan ang α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Ang modelo ng blackbody ay isang maliit na pagbubukas ng lukab na may isang shell na hindi tinatablan ng init. Ang diameter ng butas ay hindi hihigit sa 0.1 ng diameter ng cavity. Sa isang pare-parehong temperatura, ang ilang enerhiya ay ibinubuga mula sa butas, na tumutugma sa liwanag ng enerhiya ng isang ganap na itim na katawan. Ngunit ang ABB ay isang ideyalisasyon. Ngunit ang mga batas ng thermal radiation ng isang itim na katawan ay nakakatulong upang mas mapalapit sa mga tunay na pattern.

2. Mga batas ng thermal radiation

1. Batas ni Kirchhoff. Ang thermal radiation ay equilibrium - kung gaano karaming enerhiya ang inilalabas ng katawan, napakarami nito ang nasisipsip nito. Para sa tatlong katawan sa isang saradong lukab, maaari nating isulat:

Magiging totoo ang ipinahiwatig na ratio kahit na ang isa sa mga katawan ay AF:

kasi para sa blackbody α λT .
Ito ang batas ni Kirchhoff: ang ratio ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang katawan sa monochromatic absorption coefficient nito (sa isang tiyak na temperatura at para sa isang tiyak na haba ng daluyong) ay hindi nakasalalay sa likas na katangian ng katawan at pantay para sa lahat ng katawan ng ang spectral density ng liwanag ng enerhiya sa parehong temperatura at haba ng daluyong.

Mga kahihinatnan mula sa batas ni Kirchhoff:
1. Ang spectral energy luminosity ng isang blackbody ay isang unibersal na function ng wavelength at temperatura ng katawan.
2. Ang spectral energy luminosity ng blackbody ang pinakamalaki.
3. Ang spectral energy luminosity ng isang arbitrary body ay katumbas ng produkto ng absorption coefficient nito at ang spectral energy luminosity ng isang ganap na itim na katawan.
4. Ang anumang katawan sa isang partikular na temperatura ay naglalabas ng mga alon na may parehong wavelength na ibinubuga nito sa isang partikular na temperatura.

Ang isang sistematikong pag-aaral ng spectra ng isang bilang ng mga elemento ay nagbigay-daan kina Kirchhoff at Bunsen na magtatag ng isang hindi malabo na ugnayan sa pagitan ng pagsipsip at paglabas ng spectra ng mga gas at ang indibidwalidad ng kaukulang mga atomo. Kaya ito ay iminungkahi parang multo na pagsusuri, na maaaring magamit upang makita ang mga sangkap na ang konsentrasyon ay 0.1 nm.

Ang pamamahagi ng spectral density ng liwanag ng enerhiya para sa isang itim na katawan, isang kulay-abo na katawan, isang arbitrary na katawan. Ang huling curve ay may ilang maxima at minima, na nagpapahiwatig ng selectivity ng radiation at pagsipsip ng naturang mga katawan.

2. Batas Stefan-Boltzmann.
Noong 1879, itinatag ng Austrian scientists na sina Josef Stefan (pang-eksperimento para sa isang arbitrary na katawan) at Ludwig Boltzmann (theoretically para sa isang itim na katawan) na ang kabuuang liwanag ng enerhiya sa buong saklaw ng wavelength ay proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng ganap na temperatura ng katawan:

3. Batas ng alak.
Ang German physicist na si Wilhelm Wien noong 1893 ay bumuo ng isang batas na tumutukoy sa posisyon ng pinakamataas na spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang katawan sa radiation spectrum ng isang itim na katawan depende sa temperatura. Ayon sa batas, ang wavelength λ max , na tumutukoy sa maximum spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang blackbody, ay inversely proportional sa ganap na temperatura nito T: λ max \u003d w / t, kung saan w \u003d 2.9 * 10 - 3 m K ang pare-pareho ni Wien.

Kaya, sa pagtaas ng temperatura, hindi lamang ang kabuuang pagbabago ng enerhiya ng radiation, kundi pati na rin ang mismong hugis ng curve ng pamamahagi ng spectral density ng liwanag ng enerhiya. Ang maximum na spectral density ay nagbabago patungo sa mas maiikling wavelength na may pagtaas ng temperatura. Samakatuwid, ang batas ni Wien ay tinatawag na batas ng displacement.

Nalalapat ang Wien's Law sa optical pyrometry- isang paraan para sa pagtukoy ng temperatura mula sa emission spectrum ng malakas na pinainit na mga katawan na malayo sa tagamasid. Sa paraang ito natukoy ang temperatura ng Araw sa unang pagkakataon (para sa 470nm T = 6160K).

Ang mga iniharap na batas ay hindi naging posible upang theoretically mahanap ang mga equation para sa pamamahagi ng spectral density ng enerhiya luminosity sa mga wavelength. Ang mga gawa ni Rayleigh at Jeans, kung saan pinag-aralan ng mga siyentipiko ang spectral na komposisyon ng blackbody radiation batay sa mga batas ng classical physics, ay humantong sa mga pangunahing paghihirap na tinatawag na ultraviolet catastrophe. Sa hanay ng mga UV wave, ang liwanag ng enerhiya ng blackbody ay dapat umabot sa infinity, bagaman sa mga eksperimento ay bumaba ito sa zero. Ang mga resultang ito ay sumasalungat sa batas ng konserbasyon ng enerhiya.

4. Teorya ni Planck. Ang isang Aleman na siyentipiko noong 1900 ay naglagay ng isang hypothesis na ang mga katawan ay hindi patuloy na naglalabas, ngunit sa magkahiwalay na mga bahagi - quanta. Ang quantum energy ay proporsyonal sa dalas ng radiation: E = hν = h·c/λ, kung saan ang h = 6.63*10 -34 J·s ay ang pare-pareho ng Planck.

Ginagabayan ng mga konsepto ng quantum radiation ng isang blackbody, nakuha niya ang isang equation para sa spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang blackbody:

Ang formula na ito ay sumasang-ayon sa pang-eksperimentong data sa buong hanay ng mga wavelength sa lahat ng temperatura.

Ang araw ang pangunahing pinagmumulan ng thermal radiation sa kalikasan. Sinasakop ng solar radiation ang malawak na hanay ng mga wavelength: mula 0.1 nm hanggang 10 m o higit pa. 99% ng solar energy ay nasa hanay mula 280 hanggang 6000 nm. Sa mga bundok, mula 800 hanggang 1000 W / m 2 ay bumabagsak sa bawat yunit ng lugar ng ibabaw ng Earth. Isang dalawang-bilyon ng init ang umabot sa ibabaw ng lupa - 9.23 J / cm 2. Para sa hanay ng thermal radiation mula 6000 hanggang 500000 nm bumubuo ng 0.4% ng enerhiya ng Araw. Sa kapaligiran ng Earth, karamihan sa infrared radiation ay nasisipsip ng mga molekula ng tubig, oxygen, nitrogen, carbon dioxide. Ang hanay ng radyo ay kadalasang hinihigop ng kapaligiran.

Ang dami ng enerhiya na dinadala ng sinag ng araw sa 1 s sa isang lugar na 1 sq.m, na matatagpuan sa labas ng atmospera ng lupa sa taas na 82 km patayo sa sinag ng araw, ay tinatawag na solar constant. Ito ay katumbas ng 1.4 * 10 3 W / m 2.

Ang parang multo na pamamahagi ng normal na flux density ng solar radiation ay kasabay ng para sa blackbody sa temperatura na 6000 degrees. Samakatuwid, ang Araw na may kaugnayan sa thermal radiation ay isang blackbody.

3. Radiation ng mga totoong katawan at katawan ng tao

Ang thermal radiation mula sa ibabaw ng katawan ng tao ay may mahalagang papel sa paglipat ng init. Mayroong mga ganitong paraan ng paglipat ng init: thermal conductivity (conduction), convection, radiation, evaporation. Depende sa mga kondisyon kung saan natagpuan ng isang tao ang kanyang sarili, ang bawat isa sa mga pamamaraan na ito ay maaaring nangingibabaw (halimbawa, sa napakataas na temperatura sa kapaligiran, ang nangungunang papel ay nabibilang sa pagsingaw, at sa malamig na tubig, pagpapadaloy, at temperatura ng tubig na 15 degrees ay isang nakamamatay na kapaligiran para sa isang taong hubad, at pagkatapos ng 2-4 na oras ay nahimatay at namamatay dahil sa hypothermia ng utak). Ang bahagi ng radiation sa kabuuang paglipat ng init ay maaaring mula 75 hanggang 25%. Sa ilalim ng normal na kondisyon, mga 50% sa physiological rest.

Ang thermal radiation, na gumaganap ng isang papel sa buhay ng mga nabubuhay na organismo, ay nahahati sa maikling alon (mula 0.3 hanggang 3). µm) at longwave (mula 5 hanggang 100 micron). Ang pinagmulan ng short-wave radiation ay ang Araw at isang bukas na apoy, at ang mga buhay na organismo ay eksklusibong tumatanggap ng naturang radiation. Ang longwave radiation ay parehong ibinubuga at hinihigop ng mga buhay na organismo.

Ang halaga ng koepisyent ng pagsipsip ay nakasalalay sa ratio ng mga temperatura ng daluyan at katawan, ang lugar ng kanilang pakikipag-ugnayan, ang oryentasyon ng mga lugar na ito, at para sa short-wave radiation - sa kulay ng ibabaw. Kaya sa mga itim ay 18% lamang ng short-wave radiation ang makikita, habang sa mga tao ng puting lahi ay halos 40% (malamang, ang kulay ng balat ng mga itim sa ebolusyon ay hindi nauugnay sa paglipat ng init). Para sa long-wavelength radiation, ang absorption coefficient ay malapit sa 1.

Ang pagkalkula ng paglipat ng init sa pamamagitan ng radiation ay isang napakahirap na gawain. Para sa mga tunay na katawan, hindi maaaring gamitin ang batas ng Stefan-Boltzmann, dahil mayroon silang mas kumplikadong pag-asa ng liwanag ng enerhiya sa temperatura. Ito ay lumalabas na ito ay nakasalalay sa temperatura, likas na katangian ng katawan, hugis ng katawan at estado ng ibabaw nito. Sa pagbabago ng temperatura, nagbabago ang koepisyent σ at ang exponent ng temperatura. Ang ibabaw ng katawan ng tao ay may isang kumplikadong pagsasaayos, ang isang tao ay nagsusuot ng mga damit na nagbabago ng radiation, ang proseso ay apektado ng pustura kung saan matatagpuan ang tao.

Para sa isang gray na katawan, ang kapangyarihan ng radiation sa buong saklaw ay tinutukoy ng formula: P = α s.t. σ T 4 S Isinasaalang-alang ang mga tunay na katawan (balat ng tao, tela ng pananamit) na malapit sa kulay abong mga katawan na may ilang partikular na pagtatantya, makakahanap tayo ng formula para sa pagkalkula ng lakas ng radiation ng mga totoong katawan sa isang tiyak na temperatura: P = α σ T 4 S temperatura ng radiating body at ang kapaligiran: P = α σ (T 1 4 - T 2 4) S
Mayroong mga tampok ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng mga totoong katawan: sa 310 Upang, na tumutugma sa average na temperatura ng katawan ng tao, ang maximum na thermal radiation ay bumaba sa 9700 nm. Anumang pagbabago sa temperatura ng katawan ay humahantong sa isang pagbabago sa kapangyarihan ng thermal radiation mula sa ibabaw ng katawan (0.1 degree ay sapat na). Samakatuwid, ang pag-aaral ng mga lugar ng balat na nauugnay sa ilang mga organo sa pamamagitan ng central nervous system ay nakakatulong upang makilala ang mga sakit, bilang isang resulta kung saan ang temperatura ay nagbabago nang malaki ( thermography ng Zakharyin-Ged zones).

Isang kawili-wiling paraan ng non-contact massage na may biofield ng tao (Juna Davitashvili). Thermal radiation kapangyarihan ng palad 0.1 Tue, at ang thermal sensitivity ng balat ay 0.0001 W / cm 2. Kung kumilos ka sa mga nabanggit na zone, maaari mong pasiglahin ang gawain ng mga organ na ito.

4. Biological at therapeutic effect ng init at lamig

Ang katawan ng tao ay patuloy na naglalabas at sumisipsip ng init na radiation. Ang prosesong ito ay nakasalalay sa temperatura ng katawan ng tao at sa kapaligiran. Ang pinakamataas na IR radiation ng katawan ng tao ay bumaba sa 9300nm.

Sa mababa at katamtamang dosis ng pag-iilaw na may mga infrared ray, ang mga proseso ng metabolic ay pinahusay at ang mga reaksyon ng enzymatic, mga proseso ng pagbabagong-buhay at pagkumpuni ay pinabilis.

Bilang resulta ng pagkilos ng mga infrared ray at nakikitang radiation, ang mga biologically active substance ay nabuo sa mga tisyu (bradykinin, calidin, histamine, acetylcholine, pangunahin ang mga vasomotor substance na gumaganap ng papel sa pagpapatupad at regulasyon ng lokal na daloy ng dugo).

Bilang resulta ng pagkilos ng IR rays, ang mga thermoreceptor ay isinaaktibo sa balat, ang impormasyon mula sa kung saan pumapasok sa hypothalamus, bilang isang resulta kung saan lumalawak ang mga daluyan ng balat, ang dami ng dugo na nagpapalipat-lipat sa kanila ay tumataas, at ang pagpapawis ay tumataas.

Ang lalim ng pagtagos ng mga infrared ray ay nakasalalay sa haba ng daluyong, nilalaman ng kahalumigmigan ng balat, antas ng pigmentation, atbp.

Lumilitaw ang pulang erythema sa balat ng tao sa ilalim ng pagkilos ng mga infrared ray.

Ginagamit ito sa klinikal na kasanayan upang maimpluwensyahan ang lokal at pangkalahatang hemodynamics, dagdagan ang pagpapawis, pagpapahinga ng mga kalamnan, bawasan ang sakit, pabilisin ang resorption ng hematomas, infiltrates, atbp.

Sa ilalim ng mga kondisyon ng hyperthermia, ang antitumor effect ng radiation therapy - thermoradiotherapy - ay pinahusay.

Ang mga pangunahing indications para sa paggamit ng infrared therapy: acute non-purulent nagpapasiklab proseso, Burns at frostbite, talamak nagpapasiklab proseso, ulcers, contractures, adhesions, pinsala ng joints, ligaments at kalamnan, myositis, myalgia, neuralgia. Ang pangunahing contraindications: mga bukol, purulent na pamamaga, pagdurugo, pagkabigo sa sirkulasyon.

Ang lamig ay ginagamit upang ihinto ang pagdurugo, mapawi ang pananakit, at gamutin ang ilang sakit sa balat. Ang hardening ay humahantong sa mahabang buhay.

Sa ilalim ng impluwensya ng malamig, ang rate ng puso at presyon ng dugo ay bumababa, at ang mga reflex na reaksyon ay inhibited.

Sa ilang partikular na dosis, pinasisigla ng lamig ang paggaling ng mga paso, purulent na sugat, trophic ulcers, erosions, at conjunctivitis.

Cryobiology- pag-aaral ng mga prosesong nagaganap sa mga selula, tisyu, organo at katawan sa ilalim ng impluwensya ng mababa, hindi pisyolohikal na temperatura.

Ginamit sa medisina cryotherapy at hyperthermia. Kasama sa cryotherapy ang mga pamamaraan batay sa dosed cooling ng mga tissue at organ. Ang cryosurgery (bahagi ng cryotherapy) ay gumagamit ng lokal na pagyeyelo ng mga tisyu upang maalis ang mga ito (bahagi ng tonsil. Kung lahat - cryotonsilectomy. Maaaring alisin ang mga tumor, halimbawa, balat, cervix, atbp.) Cryoextraction batay sa cryoadhesion (pagdikit ng basa katawan sa isang nakapirming scalpel ) - paghihiwalay mula sa organ ng bahagi.

Sa hyperthermia, posible na mapanatili ang mga pag-andar ng mga organo sa vivo sa loob ng ilang panahon. Ang hypothermia sa tulong ng kawalan ng pakiramdam ay ginagamit upang mapanatili ang pag-andar ng mga organo sa kawalan ng suplay ng dugo, dahil ang metabolismo sa mga tisyu ay bumagal. Ang mga tissue ay nagiging lumalaban sa hypoxia. Maglagay ng malamig na anesthesia.

Ang epekto ng init ay isinasagawa gamit ang mga incandescent lamp (Minin lamp, solux, light-thermal bath, IR-ray lamp) gamit ang pisikal na media na may mataas na kapasidad ng init, mahinang thermal conductivity at mahusay na kakayahan sa pagpapanatili ng init: putik, paraffin, ozocerite, naphthalene, atbp.

5. Pisikal na pundasyon ng thermography. Thermal imager

Ang Thermography, o thermal imaging, ay isang functional diagnostic method batay sa pagpaparehistro ng infrared radiation mula sa katawan ng tao.

Mayroong 2 uri ng thermography:

- makipag-ugnayan sa cholesteric thermography: ang pamamaraan ay gumagamit ng optical properties ng cholesteric liquid crystals (multiccomponent mixtures ng esters at iba pang derivatives ng cholesterol). Ang mga naturang sangkap ay piling sumasalamin sa iba't ibang mga wavelength, na ginagawang posible upang makakuha ng mga larawan ng thermal field ng ibabaw ng katawan ng tao sa mga pelikula ng mga sangkap na ito. Ang isang stream ng puting ilaw ay nakadirekta sa pelikula. Iba't ibang mga wavelength ang sumasalamin nang iba mula sa pelikula depende sa temperatura ng ibabaw kung saan ang cholesteric ay idineposito.

Sa ilalim ng impluwensya ng temperatura, ang cholesterics ay maaaring magbago ng kulay mula pula hanggang lila. Bilang isang resulta, ang isang kulay na imahe ng thermal field ng katawan ng tao ay nabuo, na madaling maintindihan, alam ang pag-asa sa temperatura-kulay. May mga cholesterics na nagbibigay-daan sa iyo upang ayusin ang isang pagkakaiba sa temperatura ng 0.1 degrees. Kaya, posible na matukoy ang mga hangganan ng proseso ng nagpapasiklab, ang foci ng inflammatory infiltration sa iba't ibang yugto ng pag-unlad nito.

Sa oncology, ginagawang posible ng thermography na makita ang mga metastatic node na may diameter na 1.5-2 mm sa mammary gland, balat, thyroid gland; sa orthopedics at traumatology, suriin ang suplay ng dugo sa bawat bahagi ng paa, halimbawa, bago ang pagputol, asahan ang lalim ng paso, atbp.; sa cardiology at angiology upang ipakita ang mga paglabag sa normal na paggana ng cardiovascular system, mga karamdaman sa sirkulasyon sa kaso ng sakit sa panginginig ng boses, pamamaga at pagbara ng mga daluyan ng dugo; varicose veins, atbp.; sa neurosurgery, matukoy ang lokasyon ng foci ng nerve conduction damage, kumpirmahin ang lokasyon ng neuroparalysis na dulot ng apoplexy; sa obstetrics at ginekolohiya upang matukoy ang pagbubuntis, lokalisasyon ng lugar ng bata; mag-diagnose ng isang malawak na hanay ng mga nagpapaalab na proseso.

- Telethermography - ay batay sa pagbabago ng infrared radiation ng katawan ng tao sa mga electrical signal na naitala sa screen ng isang thermal imager o iba pang recording device. Ang pamamaraan ay non-contact.

Ang IR radiation ay nakikita ng isang sistema ng mga salamin, pagkatapos kung saan ang IR rays ay nakadirekta sa isang IR wave receiver, ang pangunahing bahagi nito ay isang detector (photoresistance, metal o semiconductor bolometer, thermoelement, photochemical indicator, electron-optical converter, piezoelectric detector , atbp.).

Ang mga de-koryenteng signal mula sa receiver ay ipinadala sa amplifier, at pagkatapos ay sa control device, na nagsisilbing ilipat ang mga salamin (object scanning), painitin ang TIS point light source (sa proporsyon sa thermal radiation), at ilipat ang pelikula. Sa bawat oras na ang pelikula ay iluminado ng TIS ayon sa temperatura ng katawan sa lugar ng pag-aaral.

Pagkatapos ng control device, ang signal ay maaaring ipadala sa isang computer system na may display. Ito ay nagbibigay-daan sa pagsasaulo ng mga thermogram at pagproseso ng mga ito sa tulong ng mga analytical program. Ang mga karagdagang pagkakataon ay ibinibigay ng mga color thermal imager (ang mga kulay na malapit sa temperatura ay dapat markahan ng magkakaibang mga kulay), at maaaring iguhit ang mga isotherm.

Maraming mga kumpanya ang kamakailan ay nakilala ang katotohanan na kung minsan ay medyo mahirap na "maabot" ang isang potensyal na kliyente, ang kanyang larangan ng impormasyon ay puno ng iba't ibang uri ng mga mensahe sa advertising na sila ay tumigil na lamang na makita.
Ang mga aktibong benta ng telepono ay nagiging isa sa mga pinakaepektibong paraan upang mapataas ang mga benta sa maikling panahon. Ang mga malamig na tawag ay naglalayong akitin ang mga customer na hindi pa nag-aplay para sa isang produkto o serbisyo, ngunit para sa isang bilang ng mga kadahilanan ay ang mga potensyal na customer. Kapag na-dial ang numero ng telepono, dapat na malinaw na nauunawaan ng aktibong sales manager ang layunin ng malamig na tawag. Pagkatapos ng lahat, ang mga pag-uusap sa telepono ay nangangailangan ng espesyal na kasanayan at pasensya mula sa tagapamahala ng benta, pati na rin ang kaalaman sa pamamaraan at pamamaraan ng negosasyon.

.

EMISSION AT ABSORPTION NG ENERHIYA

MGA ATOM AT MOLEKULONG

MGA TANONG PARA SA ARALIN SA PAKSA:

1. Thermal radiation. Ang mga pangunahing katangian nito: radiation flux Ф, enerhiya luminosity (intensity) R, parang multo density ng enerhiya luminosity r λ; koepisyent ng pagsipsip α, koepisyent ng pagsipsip ng monochromatic α λ. Itim na itim ang katawan. Batas ni Kirchhoff.

2. Spectra ng thermal radiation ng isang ACh.T. (iskedyul). Quantum nature ng thermal radiation (Planck's hypothesis; hindi na kailangang kabisaduhin ang formula para sa ε λ). Ang pag-asa ng spectrum ng A.Ch.T. sa temperatura (graph). Batas ng Alak. Batas Stefan-Boltzmann para sa a.ch.t. (walang output) at para sa iba pang mga katawan.

3. Ang istraktura ng mga shell ng elektron ng mga atomo. Mga antas ng enerhiya. Pagpapalabas ng enerhiya sa panahon ng mga paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya. Bohr formula ( para sa dalas at para sa haba ng daluyong). Spectra ng mga atomo. Ang spectrum ng hydrogen atom. Serye ng parang multo. Pangkalahatang konsepto ng spectra ng mga molekula at condensed media (mga likido, solid). Ang konsepto ng spectral analysis at paggamit nito sa medisina.

4. Luminescence. Mga uri ng luminescence. Fluorescence at phosphorescence. Ang papel na ginagampanan ng mga antas ng metastable. Spectra ng luminescence. Ang panuntunan ng Stokes. Luminescent analysis at paggamit nito sa gamot.

5. Ang batas ng light absorption (batas ni Bouguer; konklusyon). Transmittance τ at optical density D. Pagpapasiya ng konsentrasyon ng mga solusyon sa pamamagitan ng pagsipsip ng liwanag.

Laboratory work: "pagbaril sa spectrum ng pagsipsip at pagtukoy ng konsentrasyon ng solusyon gamit ang isang photoelectrocolorimeter."

PANITIKAN:

Sapilitan: A.N. Remizov. "Medical at biological physics", M., "Higher School", 1996, ch. 27, §§ 1–3; ch.29, §§ 1,2

• karagdagang: Pagpapalabas at pagsipsip ng enerhiya ng mga atomo at molekula, lecture, risograph, ed. mga departamento, 2002

BATAYANG KAHULUGAN AT FORMULA

1. Thermal radiation

Ang lahat ng mga katawan, kahit na walang anumang panlabas na impluwensya, ay naglalabas ng mga electromagnetic wave. Ang pinagmumulan ng enerhiya para sa radiation na ito ay ang thermal motion ng mga particle na bumubuo sa katawan, kaya ito ay tinatawag na thermal radiation. Sa mataas na temperatura (sa pagkakasunud-sunod na 1000 K o higit pa) ang radiation na ito ay bahagyang bumabagsak sa hanay ng nakikitang liwanag, sa mas mababang temperatura ay inilalabas ang mga infrared ray, at sa napakababang temperatura ay naglalabas ang mga radio wave.

Flux ng radiation Ф - Ito kapangyarihan ng radiation na ibinubuga ng pinagmulan, o radiation enerhiya na ibinubuga sa bawat yunit ng oras: F \u003d P \u003d; yunit ng daloy - watt.

Liwanag ng enerhiya R - Ito radiation flux na ibinubuga mula sa isang unit surface ng katawan: ; yunit ng liwanag ng enerhiya - W.m –2 .

Spectral density ng liwanag ng enerhiya r λ - Ito ang ratio ng liwanag ng enerhiya ng katawan sa loob ng isang maliit na pagitan ng mga wavelength (ΔR λ ) sa halaga ng pagitan na ito Δ λ:

Dimensyon r λ – W.m - 3

Ganap na itim na katawan (a.ch.t.) tinatawag na t ang puno naganap sumisipsip ng radiation ng insidente. Walang ganoong mga katawan sa kalikasan, ngunit isang magandang modelo ng isang A.Ch.T. ay isang maliit na butas sa isang saradong lukab.

Nailalarawan ang kakayahan ng mga katawan na sumipsip ng radiation ng insidente koepisyent ng pagsipsip α , i.e ang ratio ng absorbed radiation flux sa insidenteng isa: .

Monochromatic absorption coefficient ay ang halaga ng koepisyent ng pagsipsip, na sinusukat sa isang makitid na agwat ng parang multo sa paligid ng isang tiyak na halaga ng λ.

Batas ni Kirchhoff: sa pare-parehong temperatura, ang ratio ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa isang tiyak na wavelength sa monochromatic absorption coefficient sa parehong wavelength pareho para sa lahat ng katawan at katumbas ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng A.Ch.T. sa wavelength na ito:

(minsan r λ A.Ch.T ay tumutukoy sa ε λ)

Ang isang itim na katawan ay sumisipsip at naglalabas ng radiation lahat ng wavelength, kaya lang A.Ch.T. spectrum laging solid. Ang uri ng spectrum na ito depende sa temperatura ng katawan. Sa pagtaas ng temperatura, una, ang liwanag ng enerhiya ay tumataas nang malaki; Pangalawa, wavelength na tumutugma sa maximum na paglabas(λ max ) , lumilipat patungo sa mas maikling wavelength :, kung saan b ≈ 29090 µm.K -1 ( batas ni Wien).

Batas Stefan-Boltzmann: enerhiya ningning ng a.ch.t. proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng temperatura ng katawan sa sukat ng Kelvin: R = σT 4

2. Pagpapalabas ng enerhiya ng mga atomo at molekula

Tulad ng nalalaman, sa shell ng elektron ng isang atom, ang enerhiya ng isang elektron ay maaaring tumagal lamang ng mahigpit na tinukoy, katangian para sa isang naibigay na atom, mga halaga. Sa madaling salita, sabi nila Ang isang electron ay matatagpuan lamang sa tiyakmga antas ng enerhiya. Kapag ang isang elektron ay nasa isang partikular na antas ng enerhiya, hindi nito binabago ang enerhiya nito, iyon ay, hindi ito sumisipsip o naglalabas ng liwanag. Kapag lumipat mula sa isang antas patungo sa isa pa nagbabago ang enerhiya ng elektron, at kasabay nito hinihigop o inilalabasdami ng liwanag (photon).Ang quantum energy ay katumbas ng pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng mga antas kung saan nangyayari ang paglipat: E QUANTUM = hν = E n – E m kung saan ang n at m ay ang mga antas ng numero (Bohr formula).

Mga paglipat ng elektron sa pagitan ng iba't ibang antasmangyari na may iba't ibang probabilidad. Sa ilang mga kaso ang posibilidad ng paglipat ay napakalapit sa zero; ang kaukulang mga parang multo na linya ay hindi sinusunod sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ang ganitong mga paglipat ay tinatawag bawal.

Sa maraming mga kaso, ang enerhiya ng isang electron ay maaaring hindi ma-convert sa enerhiya ng isang quantum, ngunit maaaring ma-convert sa enerhiya ng thermal motion ng mga atom o molekula. Ang ganitong mga paglipat ay tinatawag non-radiative.

Bilang karagdagan sa posibilidad ng paglipat, ang liwanag ng mga parang multo na linya ay direktang proporsyonal sa bilang ng mga atomo ng naglalabas na sangkap. Ang dependency na ito ay pinagbabatayan quantitative spectral analysis.
3. Luminescence

Luminescence tawagan ang sinuman hindi thermal radiation. Ang mga mapagkukunan ng enerhiya para sa radiation na ito ay maaaring magkakaiba, ayon sa pagkakabanggit, pinag-uusapan nila iba't ibang uri ng luminescence. Ang pinakamahalaga sa kanila ay: chemiluminescence- glow na nangyayari sa panahon ng ilang mga kemikal na reaksyon; bioluminescence ay chemiluminescence sa mga buhay na organismo; cathodoluminescence - kumikinang sa ilalim ng impluwensya ng isang stream ng mga electron, na ginagamit sa mga TV kinescope, cathode-ray tubes, gas-light lamp, atbp.; electroluminescence- glow na nangyayari sa isang electric field (madalas sa semiconductors). Ang pinaka-kagiliw-giliw na uri ng luminescence ay photoluminescence. Ito ay isang proseso kung saan ang mga atom o molekula ay sumisipsip ng liwanag (o UV radiation) sa isang wavelength range, at naglalabas sa isa pa (halimbawa, sila ay sumisipsip ng mga bughaw na sinag at naglalabas ng mga dilaw). Sa kasong ito, ang sangkap ay sumisipsip ng quanta na may medyo mataas na enerhiya hν 0 (na may maliit na wavelength). Dagdag pa, ang elektron ay maaaring hindi agad bumalik sa antas ng lupa, ngunit pumunta muna sa intermediate level, at pagkatapos ay sa ground level (maaaring mayroong ilang mga intermediate na antas). Sa karamihan ng mga kaso, ang ilan sa mga transition ay non-radiative, iyon ay, ang enerhiya ng electron ay na-convert sa enerhiya ng thermal motion. Samakatuwid, ang enerhiya ng mga photon na ibinubuga sa panahon ng luminescence ay magiging mas mababa kaysa sa enerhiya ng hinihigop na photon. Ang wavelength ng emitted light ay dapat na mas malaki kaysa sa wavelength ng absorbed light. Kung bumalangkas tayo kung ano ang sinabi sa isang pangkalahatang anyo, nakukuha natin batas Stokes : ang luminescence spectrum ay inililipat patungo sa mas mahabang wavelength na may kaugnayan sa spectrum ng radiation na nagdudulot ng luminescence.

Ang mga luminescent substance ay may dalawang uri. Sa ilan, halos agad na humihinto ang pagkinang pagkatapos patayin ang kapana-panabik na ilaw. ganyan panandalian ang glow ay tinatawag fluorescence.

Sa mga sangkap ng isa pang uri, pagkatapos patayin ang ilaw ng paggulo, kumukupas ang glow unti-unti(ayon sa exponential law). ganyan matagal ang glow ay tinatawag phosphorescence. Ang dahilan para sa mahabang glow ay ang mga atomo o molekula ng naturang mga sangkap ay naglalaman mga antas ng metatable.Metastable Ang antas ng enerhiya na ito ay tinatawag kung saan ang mga electron ay maaaring manatili nang mas matagal kaysa sa mga ordinaryong antas. Samakatuwid, ang tagal ng phosphorescence ay maaaring mga minuto, oras at kahit na araw.
4. Batas sa pagsipsip ng magaan (Bouguer's law)

Kapag ang radiation flux ay dumaan sa isang substance, nawawala ang bahagi ng enerhiya nito (ang hinihigop na enerhiya ay na-convert sa init). Ang batas ng pagsipsip ng liwanag ay tinatawag Batas ng Booger: F = F 0 ∙ e – κ λ · L ,

kung saan ang Ф 0 ay ang daloy ng insidente, ang Ф ay ang daloy na dumaan sa isang layer ng bagay na may kapal na L; coefficient κ λ ay tinatawag natural rate ng pagsipsip ( ang halaga nito ay depende sa wavelength) . Para sa mga praktikal na kalkulasyon, mas gusto nilang gumamit ng decimal logarithms sa halip na natural logarithms. Pagkatapos ang batas ni Bouguer ay nasa anyo: Ф = Ф 0 ∙ 10 – k λ ∙ L ,

saan k λ – desimal rate ng pagsipsip.

transmittance tawag sa dami

Optical density D - ay ang halaga na tinukoy ng equation: . Masasabi sa ibang paraan: ang optical density D ay ang halaga na nasa exponent sa formula ng batas ni Bouguer: D = k λ ∙ L

Para sa mga solusyon ng karamihan sa mga sangkap Ang optical density ay direktang proporsyonal sa konsentrasyon ng solute:D = χ λ ∙ C∙ L ;

koepisyent χ λ ay tinatawag rate ng pagsipsip ng molar(kung ang konsentrasyon ay nasa moles) o tiyak na rate ng pagsipsip(kung ang konsentrasyon ay nasa gramo). Mula sa huling formula na nakukuha natin: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ C ∙ L(batas Bugera - Bera)

Ang mga formula na ito ay bumubuo sa batayan ng pinakakaraniwan sa mga klinikal at biochemical na laboratoryo paraan para sa pagtukoy ng mga konsentrasyon ng mga dissolved substance sa pamamagitan ng pagsipsip ng liwanag.

PROBLEMA NG URI NG PAGKATUTO NA MAY MGA SOLUSYON

(Pagkatapos nito, para sa maikli, isusulat lang namin ang "mga gawain sa pagsasanay")

Gawain sa pag-aaral #1

Ang electric heater (radiator) ay naglalabas ng stream ng infrared ray na 500 W. Lugar ng ibabaw ng radiator 3300 cm 2 . Hanapin ang enerhiya na ibinubuga ng radiator sa loob ng 1 oras at ang liwanag ng enerhiya ng radiator.

Ibinigay: Hanapin

Ф = 500 W W at R

t = 1 oras = 3600 s

S \u003d 3300 cm 2 \u003d 0.33 m 2

Desisyon:

Ang radiation flux Ф ay ang radiation power o enerhiya na ibinubuga sa bawat yunit ng oras: . Mula rito

W \u003d F t \u003d 500 W 3600 s \u003d 18 10 5 J \u003d 1800 kJ

Gawain sa pagkatuto #2

Sa anong wavelength ang maximum na thermal radiation ng balat ng tao (iyon ay, r λ = max)? Ang temperatura ng balat sa mga nakalantad na bahagi ng katawan (mukha, kamay) ay humigit-kumulang 30 o C.

Ibinigay: Hanapin:

T \u003d 30 ° C \u003d 303 K λ max

Desisyon:

Pinapalitan namin ang data sa Win formula:,

ibig sabihin, halos lahat ng radiation ay nasa IR range ng spectrum.

Gawain sa pag-aaral #3

Ang electron ay nasa antas ng enerhiya na may enerhiya na 4.7.10 -19 J

Kapag na-irradiated ng liwanag na may wavelength na 600 nm, lumipat ito sa isang antas na may mas mataas na enerhiya. Hanapin ang enerhiya ng antas na ito.

Desisyon:

Gawain sa pagkatuto #4

Ang decimal na halaga ng pagsipsip ng tubig para sa sikat ng araw ay 0.09 m -1 . Anong bahagi ng radiation ang aabot sa lalim L = 100 m?

Ibinigay Hanapin:

k \u003d 0.09 m - 1

Desisyon:

Isulat natin ang batas ni Bouguer: . Ang fraction ng radiation na umaabot sa lalim L ay malinaw naman,

ibig sabihin, isang bilyon ng sikat ng araw ay aabot sa lalim na 100 m.
Gawain sa pagkatuto #5

Ang liwanag ay dumadaan sa dalawang filter sa serye. Ang unang optical density D 1 = 0.6; ang pangalawang D 2 = 0.4. Ilang porsyento ng radiation flux ang dadaan sa sistemang ito?

Ibinigay: Hanapin:

D 1 \u003d 0.6 (sa%%)

Desisyon:

Sinisimulan namin ang solusyon sa pagguhit ng sistemang ito

SF-1 SF-2

Nahanap namin ang F 1: F 1 \u003d F 0 10 - D 1

Katulad nito, ang flux na dumadaan sa pangalawang light filter ay:

F 2 \u003d F 1 10 - D 2 \u003d F 0 10 - D 1 10 - D 2 \u003d F 0 10 - (D 1 + D 2)

Ang resulta na nakuha ay may pangkalahatang kahulugan: kung ang liwanag ay dumaan nang sunud-sunod sa isang sistema ng ilang bagay,ang kabuuang optical density ay magiging katumbas ng kabuuan ng optical density ng mga bagay na ito .

Sa ilalim ng mga kondisyon ng aming gawain, ang daloy Ф 2 = 100% ∙ 10 - (0.6 + 0.4) = 100% ∙ 10 - 1 = 10% ay dadaan sa sistema ng dalawang light filter

Gawain sa pagkatuto #6

Ayon sa batas ng Bouguer-Beer, maaaring matukoy ng isa, sa partikular, ang konsentrasyon ng DNA. Sa nakikitang rehiyon, ang mga solusyon sa nucleic acid ay transparent, ngunit malakas silang sumisipsip sa UV na bahagi ng spectrum; ang maximum na pagsipsip ay nasa paligid ng 260 nm. Malinaw, nasa rehiyong ito ng spectrum na dapat masukat ang pagsipsip ng radiation; habang ang sensitivity at katumpakan ng pagsukat ang magiging pinakamahusay.

Mga kondisyon ng problema: kapag sinusukat ang pagsipsip ng UV rays na may wavelength na 260 nm ng isang DNA solution, ang transmitted radiation flux ay na-attenuated ng 15%. Ang haba ng beam path sa isang cuvette na may solusyon na "x" ay 2 cm. Ang molar absorption index (decimal) para sa DNA sa wavelength na 260 nm ay 1.3.10 5 mol - 1.cm 2 Hanapin ang konsentrasyon ng DNA sa solusyon.

Ibinigay:

Ф 0 = 100%; F = 100% - 15% = 85% Hanapin: Sa DNA

x = 2 cm; λ = 260 nm

χ 260 \u003d 1.3.10 5 mol -1.cm 2

Desisyon:

("binaliktad" namin ang fraction upang maalis ang negatibong exponent). . Ngayon kami ay logarithm: , at ; kapalit:

0.07 at C \u003d 2.7.10 - 7 mol / cm 3

Bigyang-pansin ang mataas na sensitivity ng pamamaraan!

MGA GAWAIN PARA SA INDEPENDENTONG SOLUSYON
Kapag nilulutas ang mga problema, kunin ang mga halaga ng mga constant:

b = 2900 µm.K; σ \u003d 5.7.10 - 8 W.K 4; h \u003d 6.6.10 - 34 J.s; c = 3.10 8 ms –1

1. Ano ang liwanag ng enerhiya ng ibabaw ng katawan ng tao, kung ang maximum na radiation ay bumaba sa wavelength na 9.67 microns? Ang balat ay maaaring ituring na isang ganap na itim na katawan.

2. Ang dalawang bombilya ay eksaktong magkaparehong disenyo, maliban na sa isa ang filament ay gawa sa purong tungsten (α = 0.3), at sa isa naman ay natatakpan ito ng platinum black (α = 0.93). Aling bulb ang may pinakamataas na radiant flux? Ilang beses?

3. Sa anong mga bahagi ng spectrum ang mga wavelength na tumutugma sa pinakamataas na spectral density ng liwanag ng enerhiya, kung ang pinagmulan ng radiation ay: a) isang spiral ng isang electric light bulb (T = 2,300 K); b) ang ibabaw ng Araw (T = 5800 K); c) ang ibabaw ng bola ng apoy ng isang pagsabog ng nukleyar sa sandaling ang temperatura nito ay humigit-kumulang 30,000 K? Ang pagkakaiba sa mga katangian ng mga pinagmumulan ng radiation na ito mula sa A.Ch.T. kapabayaan.

4. Ang isang mainit na katawan ng metal, ang ibabaw nito ay 2.10 - 3 m 2, sa temperatura ng ibabaw na 1000 K, ay naglalabas ng flux na 45.6. Tue Ano ang absorption coefficient ng ibabaw ng katawan na ito?

5. Ang bumbilya ay may kapangyarihan na 100W. Ang surface area ng filament ay 0.5.10 - 4 m 2. Ang temperatura ng filament ay 2,400 K. Ano ang absorption coefficient ng filament surface?

6. Sa temperatura ng balat na 27 0 C, 0.454 watts ang inilalabas mula sa bawat square centimeter ng ibabaw ng katawan. Posible ba (na may katumpakan na hindi mas masahol kaysa sa 2%) na isaalang-alang ang balat bilang isang ganap na itim na katawan?

7. Sa spectrum ng isang asul na bituin, ang maximum na radiation ay tumutugma sa isang wavelength na 0.3 microns. Ano ang temperatura sa ibabaw ng bituin na ito?

8. Anong enerhiya ang inilalabas ng katawan na may ibabaw na 4,000 cm 2 sa loob ng isang oras

sa temperatura na 400 K, kung ang absorption coefficient ng katawan ay 0.6?

9. Ang plate (A) ay may surface area na 400 cm 2 ; ang absorption coefficient nito ay 0.4. Ang isa pang plato (B) na may sukat na 200 cm 2 ay may koepisyent ng pagsipsip na 0.2. Ang temperatura ng mga plato ay pareho. Aling plato ang naglalabas ng mas maraming enerhiya at kung magkano?

10 – 16. Qualitative spectral analysis. Batay sa spectrum ng pagsipsip ng isa sa mga organic compound na ang spectra

ay ipinapakita sa figure, tukuyin kung aling mga functional na grupo ang bahagi ng isang ibinigay na substance, Gamitin ang data ng talahanayan:

Pangkat; uri ng koneksyon	Mga na-absorb na wavelength, µm	Grupo, uri ng koneksyon	sumisipsip mga wavelength, µm
-SIYA BA	2,66 – 2,98	-NH4	7,0 – 7,4
-NH	2,94 – 3,0	-SH	7,76
 CH	3,3	-CF	8,3
-N  N	4,67	-NH2	8,9
-C=N	5,94	-HINDI	12,3
-N=N	6,35	-SO2	19,2
-CN 2	6,77	-C=O	23,9

10 - graph a); 11 - graph b); 12 - graph c); 13 - graph d);

14 - graph e); 15 - graph e); 16 - graph g).

Bigyang-pansin kung anong halaga sa iyong tsart ang naka-plot sa kahabaan ng vertical axis!

17. Sunud-sunod na dumadaan ang liwanag sa dalawang light filter na may mga transmittance na 0.2 at 0.5. Ilang porsyento ng radiation ang lalabas sa naturang sistema?

18. Sunud-sunod na dumadaan ang liwanag sa dalawang filter na may optical density na 0.7 at 0.4. Ilang porsyento ng radiation ang dadaan sa naturang sistema?

19. Upang maprotektahan laban sa liwanag na radiation ng isang pagsabog ng nuklear, kailangan ang mga baso na nagpapahina ng liwanag nang hindi bababa sa isang milyong beses. Ang baso kung saan nais nilang gumawa ng gayong mga baso na may kapal na 1 mm ay may optical density na 3. Gaano kakapal ang dapat kunin ng baso upang makamit ang nais na resulta?

20 Upang maprotektahan ang mga mata kapag nagtatrabaho sa isang laser, kinakailangan na ang radiation flux na hindi hihigit sa 0.0001% ng flux na nilikha ng laser ay maaaring makapasok sa mata. Anong optical density ang dapat mayroon ang goggles upang matiyak ang kaligtasan?

Pangkalahatang gawain para sa mga gawain 21 - 28 (quantitative analysis):

Ipinapakita ng figure ang spectra ng pagsipsip ng mga kulay na solusyon ng ilang mga sangkap. Bilang karagdagan, ang mga gawain ay nagpapahiwatig ng mga halaga D (optical density ng solusyon sa isang wavelength na tumutugma sa maximum na pagsipsip ng liwanag) at X(kapal ng cell). Hanapin ang konsentrasyon ng solusyon.

Bigyang-pansin ang mga yunit kung saan ang halaga ng pagsipsip ay ipinahiwatig sa iyong graph.

21. Graph a). D = 0.8 x = 2 cm

22. Graph b). D = 1.2 x = 1 cm

... 23. Iskedyul c). D = 0.5 x = 4 cm

24. Graph d). D = 0.25 x = 2 cm

25 Graph e). D = 0.4 x = 3 cm

26. Graph e) D = 0.9 x = 1 cm

27. Graph g). D = 0.2 x = 2 cm