Emissivity ng katawan rl ,T numerical na katumbas ng enerhiya ng katawan dWl pinalalabas ng katawan mula sa isang yunit ng ibabaw ng katawan, bawat yunit ng oras sa temperatura ng katawan T, sa hanay ng wavelength mula l hanggang l +dl, mga.

Ang halagang ito ay tinatawag ding spectral density ng liwanag ng enerhiya ng katawan.

Ang liwanag ng enerhiya ay nauugnay sa emissivity ng formula

absorbency katawan al ,T- isang numero na nagpapakita kung anong bahagi ng enerhiya ng insidente ng radiation sa ibabaw ng isang katawan ang sinisipsip nito sa hanay ng wavelength mula l hanggang l +dl, mga.

Ang katawan para sa kung saan al ,T=1 sa buong saklaw ng wavelength, ay tinatawag na isang itim na katawan (itim na katawan).

Ang katawan para sa kung saan al ,T=const<1 sa buong saklaw ng wavelength ay tinatawag na kulay abo.

saan- parang multo density liwanag ng enerhiya, o emissivity ng katawan .

Ipinapakita ng karanasan na ang emissivity ng isang katawan ay nakasalalay sa temperatura ng katawan (para sa bawat temperatura, ang pinakamataas na radiation ay nasa sarili nitong frequency range). Dimensyon .

Alam ang emissivity, maaari mong kalkulahin ang liwanag ng enerhiya:

tinawag kapasidad ng pagsipsip ng katawan . Matindi rin itong nakadepende sa temperatura.

Sa pamamagitan ng kahulugan, hindi ito maaaring higit sa isa. Para sa isang katawan na ganap na sumisipsip ng radiation ng lahat ng mga frequency, . Ang nasabing katawan ay tinatawag ganap na itim (ito ay isang idealisasyon).

Katawan kung saan at mas mababa sa pagkakaisa para sa lahat ng mga frequency,tinawag kulay abong katawan (ito ay isa ring idealisasyon).

Mayroong tiyak na kaugnayan sa pagitan ng kakayahan sa paglabas at pagsipsip ng katawan. Isagawa natin sa isip ang sumusunod na eksperimento (Larawan 1.1).

kanin. 1.1

Hayaang mayroong tatlong katawan sa loob ng isang saradong shell. Ang mga katawan ay nasa isang vacuum, samakatuwid, ang pagpapalitan ng enerhiya ay maaaring mangyari lamang dahil sa radiation. Ipinakikita ng karanasan na pagkaraan ng ilang panahon ang ganitong sistema ay darating sa isang estado ng thermal equilibrium (lahat ng mga katawan at ang shell ay magkakaroon ng parehong temperatura).

Sa ganitong estado, ang isang katawan na may mas malaking kapasidad ng radiative ay nawawalan ng mas maraming enerhiya sa bawat yunit ng oras, ngunit, samakatuwid, ang katawan na ito ay dapat ding magkaroon ng mas malaking kapasidad sa pagsipsip:

Gustav Kirchhoff noong 1856 na binuo batas at iminungkahi modelo ng itim na katawan .

Ang ratio ng emissivity sa absorptivity ay hindi nakasalalay sa likas na katangian ng katawan, ito ay pareho para sa lahat ng mga katawan.(unibersal)function ng dalas at temperatura.

saan- pangkalahatang Kirchhoff function.

Ang function na ito ay may unibersal, o ganap, na karakter.

Ang mga dami at ang kanilang mga sarili, na kinuha nang hiwalay, ay maaaring magbago nang labis kapag dumadaan mula sa isang katawan patungo sa isa pa, ngunit ang kanilang ratio tuloy-tuloy para sa lahat ng katawan (sa ibinigay na dalas at temperatura).

Para sa isang ganap na itim na katawan, samakatuwid, para dito, i.e. Ang unibersal na pag-andar ni Kirchhoff ay walang iba kundi ang ningning ng isang ganap na itim na katawan.

Ang mga ganap na itim na katawan ay hindi umiiral sa kalikasan. Ang soot o platinum black ay may absorbing power, ngunit nasa limitadong frequency range lang. Gayunpaman, ang isang lukab na may maliit na pagbubukas ay napakalapit sa mga katangian nito sa isang ganap na itim na katawan. Ang sinag na nakapasok sa loob, pagkatapos ng maraming pagmuni-muni, ay kinakailangang hinihigop, at ang sinag ng anumang dalas (Larawan 1.2).

kanin. 1.2

Ang emissivity ng naturang device (cavity) ay napakalapit sa f(ν, ,T). Kaya, kung ang mga dingding ng lukab ay pinananatili sa isang temperatura T, pagkatapos ang radiation na lumalabas sa butas ay napakalapit sa spectral na komposisyon sa radiation ng isang ganap na itim na katawan sa parehong temperatura.

Ang pagpapalawak ng radiation na ito sa isang spectrum, mahahanap natin ang pang-eksperimentong anyo ng function f(ν, ,T) (Larawan 1.3), sa iba't ibang temperatura T 3 > T 2 > T 1 .

kanin. 1.3

Ang lugar na sakop ng curve ay nagbibigay ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan sa naaangkop na temperatura.

Ang mga kurba na ito ay pareho para sa lahat ng katawan.

Ang mga kurba ay katulad ng velocity distribution function ng mga molekula. Ngunit doon, ang mga lugar na sakop ng mga kurba ay pare-pareho, habang dito, sa pagtaas ng temperatura, ang lugar ay tumataas nang malaki. Ito ay nagpapahiwatig na ang pagiging tugma ng enerhiya ay lubos na nakadepende sa temperatura. Pinakamataas na radiation (emissivity) na may pagtaas ng temperatura ay lumilipat patungo sa mas mataas na frequency.

Ang mga batas ng thermal radiation

Ang anumang pinainit na katawan ay naglalabas ng mga electromagnetic wave. Kung mas mataas ang temperatura ng isang katawan, mas maikli ang mga alon na inilalabas nito. Ang isang katawan sa thermodynamic equilibrium kasama ang radiation nito ay tinatawag ganap na itim (AChT). Ang radiation ng isang itim na katawan ay nakasalalay lamang sa temperatura nito. Noong 1900, nakuha ni Max Planck ang isang formula kung saan, sa isang naibigay na temperatura, ang isang ganap na itim na katawan ay maaaring kalkulahin ang intensity ng radiation nito.

Ang Austrian physicist na sina Stefan at Boltzmann ay nagtatag ng batas na nagpapahayag ng quantitative na relasyon sa pagitan ng kabuuang emissivity at temperatura ng isang itim na katawan:

Ang batas na ito ay tinatawag na Batas Stefan-Boltzmann . Ang pare-pareho σ \u003d 5.67 ∙ 10 -8 W / (m 2 ∙ K 4) ay tinawag Stefan-Boltzmann pare-pareho .

Ang lahat ng mga kurba ng Planck ay may kapansin-pansing binibigkas na maximum na maiugnay sa haba ng daluyong

Ang batas na ito ay tinatawag na batas ni Wien . Kaya, para sa Sun T 0 = 5800 K, at ang maximum ay bumaba sa wavelength λ max ≈ 500 nm, na tumutugma sa berdeng kulay sa optical range.

Habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang maximum na radiation ng blackbody sa maikling wavelength na bahagi ng spectrum. Ang isang mas mainit na bituin ay nagpapalabas ng karamihan sa enerhiya nito sa hanay ng ultraviolet, isang hindi gaanong init sa infrared.

Epekto ng photoelectric. Mga photon

epekto ng photoelectric ay natuklasan noong 1887 ng German physicist na si G. Hertz at eksperimentong pinag-aralan ni A. G. Stoletov noong 1888–1890. Ang pinakakumpletong pag-aaral ng phenomenon ng photoelectric effect ay isinagawa ni F. Lenard noong 1900. Sa oras na ito, natuklasan na ang electron (1897, J. Thomson), at naging malinaw na ang photoelectric effect (o, mas tiyak, ang panlabas na photoelectric effect) ay binubuo sa paghila ng mga electron mula sa bagay sa ilalim ng impluwensya ng liwanag na bumabagsak dito.

Ang layout ng pang-eksperimentong setup para sa pag-aaral ng photoelectric effect ay ipinapakita sa fig. 5.2.1.

Gumamit ang mga eksperimento ng glass vacuum vessel na may dalawang metal electrodes, ang ibabaw nito ay lubusang nilinis. Ang isang boltahe ay inilapat sa mga electrodes U, ang polarity na maaaring baguhin gamit ang double key. Ang isa sa mga electrodes (cathode K) ay iluminado sa pamamagitan ng isang quartz window na may monochromatic light ng isang tiyak na wavelength λ. Sa patuloy na maliwanag na pagkilos ng bagay, ang pagtitiwala sa lakas ng photocurrent ay kinuha ako mula sa inilapat na boltahe. Sa fig. Ang 5.2.2 ay nagpapakita ng mga tipikal na kurba ng naturang pag-asa, na nakuha para sa dalawang halaga ng intensity ng insidente ng light flux sa cathode.

Ang mga curves ay nagpapakita na sa sapat na mataas na positibong boltahe sa anode A, ang photocurrent ay umabot sa saturation, dahil ang lahat ng mga electron na inilabas ng liwanag mula sa cathode ay umabot sa anode. Maingat na mga sukat ay nagpakita na ang saturation kasalukuyang ako n ay direktang proporsyonal sa intensity ng liwanag ng insidente. Kapag negatibo ang boltahe sa anode, pinapabagal ng electric field sa pagitan ng cathode at anode ang mga electron. Maaabot lamang ng anode ang mga electron na ang kinetic energy ay lumampas sa | EU|. Kung ang boltahe ng anode ay mas mababa sa - U h, huminto ang photocurrent. pagsukat U h, posibleng matukoy ang pinakamataas na kinetic energy ng mga photoelectron:

Maraming mga eksperimento ang nagtatag ng mga sumusunod na pangunahing batas ng photoelectric effect:

1. Ang maximum na kinetic energy ng photoelectrons ay tumataas nang linearly sa pagtaas ng light frequency ν at hindi nakadepende sa intensity nito.
2. Para sa bawat sangkap mayroong tinatawag na epekto ng larawan ng pulang hangganan , ibig sabihin, ang pinakamababang frequency ν min kung saan posible pa rin ang panlabas na photoelectric effect.
3. Ang bilang ng mga photoelectron na hinugot ng liwanag mula sa cathode sa 1 s ay direktang proporsyonal sa intensity ng liwanag.
4. Ang photoelectric effect ay halos inertialess, ang photocurrent ay bumangon kaagad pagkatapos ng pagsisimula ng cathode illumination, sa kondisyon na ang light frequency ν > ν min .

Ang lahat ng mga batas na ito ng photoelectric effect sa panimula ay sumasalungat sa mga ideya ng klasikal na pisika tungkol sa pakikipag-ugnayan ng liwanag sa bagay. Ayon sa mga konsepto ng wave, kapag nakikipag-ugnayan sa isang electromagnetic light wave, ang isang electron ay kailangang unti-unting mag-ipon ng enerhiya, at ito ay aabutin ng isang malaking oras, depende sa intensity ng liwanag, para sa electron na makaipon ng sapat na enerhiya upang lumipad palabas ng cathode . Ipinapakita ng mga kalkulasyon na ang oras na ito ay dapat na kalkulahin sa mga minuto o oras. Gayunpaman, ipinapakita ng karanasan na ang mga photoelectron ay lilitaw kaagad pagkatapos ng pagsisimula ng pag-iilaw ng katod. Sa modelong ito, imposible ring maunawaan ang pagkakaroon ng pulang hangganan ng photoelectric effect. Ang teorya ng alon ng liwanag ay hindi maipaliwanag ang kalayaan ng enerhiya ng mga photoelectron mula sa intensity ng light flux at ang proporsyonalidad ng maximum na kinetic energy sa dalas ng liwanag.

Kaya, ang electromagnetic theory ng liwanag ay napatunayang hindi maipaliwanag ang mga regularidad na ito.

Ang isang paraan ng paglabas ay natagpuan ni A. Einstein noong 1905. Ang isang teoretikal na paliwanag ng mga naobserbahang batas ng photoelectric effect ay ibinigay ni Einstein batay sa hypothesis ni M. Planck na ang liwanag ay ibinubuga at hinihigop sa ilang mga bahagi, at ang enerhiya ng bawat isa. ang nasabing bahagi ay tinutukoy ng formula E = h v, saan h ay pare-pareho ni Planck. Ginawa ni Einstein ang susunod na hakbang sa pagbuo ng mga konseptong quantum. Siya ay dumating sa konklusyon na ang ilaw ay may discontinuous (discrete) na istraktura. Ang isang electromagnetic wave ay binubuo ng magkakahiwalay na bahagi - quanta, pagkatapos ay pinangalanan mga photon. Kapag nakikipag-ugnayan sa bagay, inililipat ng photon ang lahat ng enerhiya nito h para sa isang elektron. Ang bahagi ng enerhiya na ito ay maaaring mawala sa pamamagitan ng isang elektron sa banggaan sa mga atomo ng bagay. Bilang karagdagan, ang bahagi ng enerhiya ng elektron ay ginugugol sa pagtagumpayan ng potensyal na hadlang sa interface ng metal-vacuum. Upang gawin ito, dapat gawin ng electron ang work function A depende sa mga katangian ng materyal ng cathode. Ang maximum na kinetic energy na maaaring magkaroon ng isang photoelectron na ibinubuga mula sa cathode ay tinutukoy ng batas sa pagtitipid ng enerhiya:

Ang formula na ito ay tinatawag na Einstein's equation para sa photoelectric effect .

Gamit ang Einstein equation, maaaring ipaliwanag ng isa ang lahat ng regularidad ng panlabas na photoelectric effect. Mula sa Einstein equation, ang linear dependence ng maximum na kinetic energy sa frequency at independence sa light intensity, ang pagkakaroon ng red border, at ang inertia ng photoelectric effect ay sumusunod. Ang kabuuang bilang ng mga photoelectron na umaalis sa ibabaw ng cathode sa 1 s ay dapat na proporsyonal sa bilang ng mga photon na bumabagsak sa ibabaw sa parehong oras. Ito ay sumusunod mula dito na ang saturation current ay dapat na direktang proporsyonal sa intensity ng light flux.

Tulad ng sumusunod mula sa equation ng Einstein, ang slope ng tuwid na linya na nagpapahayag ng pag-asa ng potensyal ng pagharang. U h mula sa frequency ν (Larawan 5.2.3), ay katumbas ng ratio ng pare-pareho ng Planck h sa singil ng isang elektron e:

saan c ay ang bilis ng liwanag, ang λcr ay ang wavelength na naaayon sa pulang hangganan ng photoelectric effect. Para sa karamihan ng mga metal, ang work function A ay ilang electron volts (1 eV = 1.602 10 -19 J). Sa quantum physics, ang electron volt ay kadalasang ginagamit bilang isang yunit ng enerhiya. Ang halaga ng pare-pareho ng Planck, na ipinahayag sa electron volts bawat segundo, ay

Sa mga metal, ang mga elemento ng alkalina ay may pinakamababang function ng trabaho. Halimbawa, sodium A= 1.9 eV, na tumutugma sa pulang hangganan ng photoelectric effect λcr ≈ 680 nm. Samakatuwid, ang mga alkali metal compound ay ginagamit upang lumikha ng mga cathode sa mga photocell dinisenyo upang makita ang nakikitang liwanag.

Kaya, ang mga batas ng photoelectric effect ay nagpapahiwatig na ang liwanag, kapag inilabas at hinihigop, ay kumikilos tulad ng isang stream ng mga particle na tinatawag na mga photon o light quanta .

Ang enerhiya ng photon ay

ito ay sumusunod na ang photon ay may momentum

Kaya, ang doktrina ng liwanag, na nakumpleto ang isang rebolusyon na tumagal ng dalawang siglo, ay muling bumalik sa mga ideya ng mga light particle - mga corpuscle.

Ngunit hindi ito isang mekanikal na pagbabalik sa teorya ng corpuscular ni Newton. Sa simula ng ika-20 siglo, naging malinaw na ang liwanag ay may dalawahang katangian. Kapag lumaganap ang liwanag, lumilitaw ang mga katangian ng alon nito (interference, diffraction, polarization), at kapag nakikipag-ugnayan sa matter, corpuscular (photoelectric effect). Ang dalawahang katangian ng liwanag na ito ay tinatawag wave-particle duality . Nang maglaon, natuklasan ang dalawahang kalikasan sa mga electron at iba pang elementarya na mga particle. Ang klasikal na pisika ay hindi makapagbibigay ng visual na modelo ng kumbinasyon ng wave at corpuscular na katangian ng mga micro-object. Ang paggalaw ng mga micro-object ay hindi kinokontrol ng mga batas ng klasikal na Newtonian mechanics, ngunit ng mga batas ng quantum mechanics. Ang teorya ng radiation ng itim na katawan na binuo ni M. Planck at quantum theory ni Einstein ng photoelectric effect ay sumasailalim sa modernong agham na ito.

1. Mga katangian ng thermal radiation.

2. Batas ni Kirchhoff.

3. Mga batas ng radiation ng isang itim na katawan.

4. Radiation ng Araw.

5. Pisikal na pundasyon ng thermography.

6. Light therapy. Therapeutic na paggamit ng ultraviolet light.

7. Pangunahing konsepto at pormula.

8. Mga gawain.

Mula sa buong iba't ibang electromagnetic radiation, nakikita o hindi nakikita ng mata ng tao, ang isa ay maaaring makilala, na likas sa lahat ng mga katawan - ito ay thermal radiation.

thermal radiation- electromagnetic radiation na ibinubuga ng isang substance at nagmumula dahil sa panloob na enerhiya nito.

Ang thermal radiation ay sanhi ng paggulo ng mga particle ng bagay sa panahon ng banggaan sa proseso ng thermal motion o ng pinabilis na paggalaw ng mga singil (oscillations ng crystal lattice ions, thermal motion ng mga libreng electron, atbp.). Ito ay nangyayari sa anumang temperatura at likas sa lahat ng mga katawan. Ang isang katangian ng thermal radiation ay tuloy-tuloy na spectrum.

Ang intensity ng radiation at ang spectral na komposisyon ay nakasalalay sa temperatura ng katawan, samakatuwid, ang thermal radiation ay hindi palaging nakikita ng mata bilang isang glow. Halimbawa, ang mga katawan na pinainit sa isang mataas na temperatura ay naglalabas ng isang makabuluhang bahagi ng enerhiya sa nakikitang hanay, at sa temperatura ng silid halos lahat ng enerhiya ay ibinubuga sa infrared na bahagi ng spectrum.

26.1. Mga katangian ng thermal radiation

Ang enerhiya na nawawala ng isang katawan dahil sa thermal radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na halaga.

pagkilos ng radiation(F) - enerhiya na naglalabas bawat yunit ng oras mula sa buong ibabaw ng katawan.

Sa katunayan, ito ang kapangyarihan ng thermal radiation. Ang sukat ng radiation flux ay [J / s \u003d W].

Liwanag ng enerhiya(Re) ay ang enerhiya ng thermal radiation na ibinubuga sa bawat yunit ng oras mula sa isang yunit na ibabaw ng isang pinainit na katawan:

Ang dimensyon ng katangiang ito ay [W / m 2].

Parehong ang radiation flux at ang liwanag ng enerhiya ay nakasalalay sa istraktura ng sangkap at temperatura nito: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).

Ang pamamahagi ng liwanag ng enerhiya sa spectrum ng thermal radiation ay nagpapakilala nito parang multo density. Tukuyin natin ang enerhiya ng thermal radiation na ibinubuga ng isang ibabaw sa 1 s sa isang makitid na hanay ng mga wavelength mula sa λ dati λ +d λ, sa pamamagitan ng dRe.

Ang spectral density ng liwanag ng enerhiya(r) o emissivity ay ang ratio ng liwanag ng enerhiya sa isang makitid na bahagi ng spectrum (dRe) sa lapad ng bahaging ito (dλ):

Isang tinatayang view ng spectral density at energy luminosity (dRe) sa hanay ng wavelength mula λ dati λ +d λ, ipinapakita sa fig. 26.1.

kanin. 26.1. Spectral density ng liwanag ng enerhiya

Ang pag-asa ng spectral density ng liwanag ng enerhiya sa wavelength ay tinatawag spectrum ng radiation ng katawan. Ang pag-alam sa pag-asa na ito ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang liwanag ng enerhiya ng katawan sa anumang hanay ng wavelength:

Ang mga katawan ay hindi lamang naglalabas, ngunit sumisipsip din ng thermal radiation. Ang kakayahan ng isang katawan na sumipsip ng enerhiya ng radiation ay depende sa substance, temperatura, at wavelength ng radiation nito. Ang kapasidad ng pagsipsip ng katawan ay nailalarawan sa pamamagitan ng monochromatic absorption coefficientα.

Hayaang bumagsak ang isang batis sa ibabaw ng katawan monochromatic radiation Φ λ na may wavelength λ. Ang bahagi ng daloy na ito ay makikita at ang bahagi ay hinihigop ng katawan. Tukuyin natin ang halaga ng absorbed flux Φ λ abs.

Monochromatic absorption coefficient Ang α λ ay ang ratio ng radiation flux na hinihigop ng isang partikular na katawan sa magnitude ng insidente na monochromatic flux:

Ang monochromatic absorption coefficient ay isang walang sukat na dami. Ang mga halaga nito ay nasa pagitan ng zero at isa: 0 ≤ α ≤ 1.

Ang function na α = α(λ,Τ), na nagpapahayag ng dependence ng monochromatic absorption coefficient sa wavelength at temperatura, ay tinatawag kapasidad ng pagsipsip katawan. Ang kanyang hitsura ay maaaring medyo kumplikado. Ang pinakasimpleng mga uri ng pagsipsip ay isinasaalang-alang sa ibaba.

Itim na itim ang katawan- tulad ng isang katawan, ang absorption coefficient na katumbas ng pagkakaisa para sa lahat ng wavelength: α = 1. Ito ay sumisipsip ng lahat ng radiation incident dito.

Ayon sa kanilang mga katangian ng pagsipsip, ang soot, black velvet, platinum black ay malapit sa isang ganap na itim na katawan. Ang isang napakagandang modelo ng isang blackbody ay isang closed cavity na may maliit na butas (O). Ang mga dingding ng lukab ay itim sa Fig. 26.2.

Ang sinag na pumapasok sa butas na ito ay halos ganap na hinihigop pagkatapos ng maraming pagmuni-muni mula sa mga dingding. Mga katulad na device

kanin. 26.2. Itim na modelo ng katawan

ginagamit bilang light standards, ginagamit sa pagsukat ng mataas na temperatura, atbp.

Ang spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang ganap na itim na katawan ay tinutukoy ng ε(λ, Τ). Ang function na ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa teorya ng thermal radiation. Ang anyo nito ay unang itinatag sa eksperimento, at pagkatapos ay nakuha sa teorya (pormula ni Planck).

Maputi talaga ang katawan- tulad ng katawan, ang absorption coefficient na katumbas ng zero para sa lahat ng wavelength: α = 0.

Walang tunay na puting katawan sa kalikasan, gayunpaman, may mga katawan na malapit sa kanila sa mga katangian sa medyo malawak na hanay ng mga temperatura at wavelength. Halimbawa, ang isang salamin sa optical na bahagi ng spectrum ay sumasalamin sa halos lahat ng liwanag ng insidente.

kulay abong katawan ay isang katawan kung saan ang absorption coefficient ay hindi nakasalalay sa wavelength: α = const< 1.

Ang ilang mga tunay na katawan ay may ganitong katangian sa isang tiyak na hanay ng mga wavelength at temperatura. Halimbawa, ang "grey" (α = 0.9) ay maaaring ituring na balat ng tao sa infrared na rehiyon.

26.2. Batas ni Kirchhoff

Ang dami ng relasyon sa pagitan ng radiation at pagsipsip ay itinatag ni G. Kirchhoff (1859).

Batas ni Kirchhoff- saloobin emissivity katawan sa kanya kapasidad ng pagsipsip pareho para sa lahat ng mga katawan at katumbas ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang ganap na itim na katawan:

Napansin namin ang ilang kahihinatnan ng batas na ito.

1. Kung ang isang katawan sa isang naibigay na temperatura ay hindi sumisipsip ng anumang radiation, hindi ito naglalabas nito. Sa katunayan, kung para sa

26.3. Mga batas ng blackbody radiation

Ang mga batas ng radiation ng itim na katawan ay itinatag sa sumusunod na pagkakasunud-sunod.

Noong 1879, nag-eksperimento si J. Stefan, at noong 1884, ayon sa teoryang tinukoy ni L. Boltzmann liwanag ng enerhiya ganap na itim na katawan.

Batas Stefan-Boltzmann - Ang liwanag ng enerhiya ng isang blackbody ay proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng ganap na temperatura nito:

Ang mga halaga ng mga koepisyent ng pagsipsip para sa ilang mga materyales ay ibinibigay sa Talahanayan. 26.1.

Talahanayan 26.1. mga koepisyent ng pagsipsip

Ang German physicist na si W. Wien (1893) ay nagtatag ng isang formula para sa wavelength na tumutukoy sa maximum emissivity ganap na itim na katawan. Ang ratio na natanggap niya ay ipinangalan sa kanya.

Habang tumataas ang temperatura, ang pinakamataas na emissivity ay lumilipat sa kaliwa (Larawan 26.3).

kanin. 26.3. Ilustrasyon ng batas sa displacement ni Wien

Sa mesa. Ipinapakita ng 26.2 ang mga kulay sa nakikitang bahagi ng spectrum, na tumutugma sa radiation ng mga katawan sa iba't ibang temperatura.

Talahanayan 26.2. Mga kulay ng pinainit na katawan

Gamit ang mga batas ng Stefan-Boltzmann at Wien, posibleng matukoy ang temperatura ng mga katawan sa pamamagitan ng pagsukat ng radiation ng mga katawan na ito. Halimbawa, ang temperatura ng ibabaw ng Araw (~6000 K), ang temperatura sa epicenter ng pagsabog (~10 6 K), atbp. ay tinutukoy sa ganitong paraan. Ang karaniwang pangalan para sa mga pamamaraang ito ay pyrometry.

Noong 1900, nakatanggap si M. Planck ng isang pormula para sa pagkalkula emissivity ganap na itim na katawan sa teorya. Upang gawin ito, kailangan niyang iwanan ang mga klasikal na ideya tungkol sa pagpapatuloy ang proseso ng radiation ng mga electromagnetic wave. Ayon kay Planck, ang radiation flux ay binubuo ng magkakahiwalay na bahagi - quanta, na ang mga enerhiya ay proporsyonal sa mga frequency ng liwanag:

Mula sa pormula (26.11) ay teoretikal na makukuha ng isa ang mga batas nina Stefan-Boltzmann at Wien.

26.4. Radyasyon ng araw

Sa loob ng solar system, ang Araw ang pinakamakapangyarihang pinagmumulan ng thermal radiation na tumutukoy sa buhay sa Earth. Ang solar radiation ay may mga katangian ng pagpapagaling (heliotherapy), ay ginagamit bilang isang paraan ng hardening. Maaari rin itong magkaroon ng negatibong epekto sa katawan (burn, thermal

Magkaiba ang spectra ng solar radiation sa hangganan ng atmospera ng daigdig at sa ibabaw ng daigdig (Larawan 26.4).

kanin. 26.4. Spectrum ng solar radiation: 1 - sa hangganan ng atmospera, 2 - sa ibabaw ng Earth

Sa hangganan ng atmospera, ang spectrum ng Araw ay malapit sa spectrum ng isang itim na katawan. Ang maximum emissivity ay nasa λ1max= 470 nm (asul).

Sa ibabaw ng Earth, ang spectrum ng solar radiation ay may mas kumplikadong hugis, na nauugnay sa pagsipsip sa atmospera. Sa partikular, kulang ito sa mataas na dalas na bahagi ng ultraviolet radiation, na nakakapinsala sa mga buhay na organismo. Ang mga sinag na ito ay halos ganap na hinihigop ng ozone layer. Ang maximum emissivity ay nasa λ2max= 555 nm (berde-dilaw), na tumutugma sa pinakamahusay na sensitivity ng mata.

Tinutukoy ang flux ng solar thermal radiation sa hangganan ng atmospera ng daigdig solar constant ako.

Ang pagkilos ng bagay na umaabot sa ibabaw ng lupa ay mas mababa dahil sa pagsipsip sa atmospera. Sa ilalim ng pinaka-kanais-nais na mga kondisyon (ang araw sa tuktok nito), hindi ito lalampas sa 1120 W / m 2. Sa Moscow sa panahon ng summer solstice (Hunyo) - 930 W / m 2.

Ang kapangyarihan ng solar radiation na malapit sa ibabaw ng mundo at ang spectral na komposisyon nito ay higit na nakadepende sa taas ng Araw sa itaas ng abot-tanaw. Sa fig. 26.5 ang makinis na mga kurba ng pamamahagi ng enerhiya ng isang sikat ng araw ay ibinibigay: I - sa labas ng isang kapaligiran; II - sa posisyon ng Araw sa zenith; III - sa taas na 30 ° sa itaas ng abot-tanaw; IV - sa mga kondisyong malapit sa pagsikat at paglubog ng araw (10° sa itaas ng abot-tanaw).

kanin. 26.5. Pamamahagi ng enerhiya sa solar spectrum sa iba't ibang taas sa itaas ng abot-tanaw

Ang iba't ibang bahagi ng solar spectrum ay dumadaan sa kapaligiran ng Earth sa iba't ibang paraan. Ipinapakita ng Figure 26.6 ang transparency ng atmospera sa isang mataas na altitude ng Araw.

26.5. Pisikal na batayan ng thermography

Ang thermal radiation ng isang tao ay bumubuo ng isang makabuluhang proporsyon ng kanyang mga pagkalugi sa init. Ang radiative loss ng isang tao ay katumbas ng pagkakaiba ibinubuga daloy at hinihigop flux ng radiation sa kapaligiran. Ang kapangyarihan ng pagkawala ng radiation ay kinakalkula ng formula

kung saan ang S ay ang surface area; δ - pinababang absorption coefficient ng balat (damit), itinuturing na kulay abong katawan; T 1 - temperatura ng ibabaw ng katawan (damit); T 0 - temperatura ng kapaligiran.

Isaalang-alang ang sumusunod na halimbawa.

Kalkulahin natin ang kapangyarihan ng radiative na pagkawala ng isang hubad na tao sa ambient temperature na 18°C ​​​​(291 K). Kunin natin: ang ibabaw na lugar ng katawan S = 1.5 m 2; temperatura ng balat T 1 = 306 K (33°C). Ang pinababang absorption coefficient ng balat ay makikita sa Talahanayan. 26.1 (δ \u003d 5.1 * 10 -8 W / m 2 K 4). Ang pagpapalit ng mga halagang ito sa formula (26.11), nakukuha namin

P \u003d 1.5 * 5.1 * 10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 W.

kanin. 26.6. Ang transparency ng atmospera ng daigdig (sa porsyento) para sa iba't ibang bahagi ng spectrum sa mataas na altitude ng Araw.

Ang thermal radiation ng tao ay maaaring gamitin bilang isang diagnostic parameter.

Thermography - isang diagnostic na paraan batay sa pagsukat at pagpaparehistro ng thermal radiation mula sa ibabaw ng katawan ng tao o mga indibidwal na seksyon nito.

Ang pamamahagi ng temperatura sa isang maliit na lugar ng ibabaw ng katawan ay maaaring matukoy gamit ang mga espesyal na likidong kristal na pelikula. Ang ganitong mga pelikula ay sensitibo sa maliliit na pagbabago sa temperatura (pagbabago ng kulay). Samakatuwid, ang isang kulay na thermal "portrait" ng lugar ng katawan kung saan ito ay nakapatong ay lilitaw sa pelikula.

Ang isang mas advanced na paraan ay ang paggamit ng mga thermal imager na nagko-convert ng infrared radiation sa nakikitang liwanag. Ang radiation ng katawan ay inaasahang papunta sa matrix ng thermal imager gamit ang isang espesyal na lens. Pagkatapos ng conversion, isang detalyadong thermal portrait ang nabuo sa screen. Ang mga lugar na may iba't ibang temperatura ay naiiba sa kulay o intensity. Pinapayagan ng mga modernong pamamaraan ang pag-aayos ng pagkakaiba sa temperatura hanggang sa 0.2 degrees.

Ang mga thermal portrait ay ginagamit sa functional diagnostics. Ang iba't ibang mga pathology ng mga panloob na organo ay maaaring mabuo sa ibabaw ng mga zone ng balat na may nabagong temperatura. Ang pagtuklas ng naturang mga zone ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng patolohiya. Pinapadali ng thermographic method ang differential diagnosis sa pagitan ng benign at malignant na mga tumor. Ang pamamaraang ito ay isang layunin na paraan ng pagsubaybay sa pagiging epektibo ng mga therapeutic na pamamaraan ng paggamot. Kaya, sa panahon ng isang thermographic na pagsusuri ng mga pasyente na may psoriasis, natagpuan na sa pagkakaroon ng matinding paglusot at hyperemia sa mga plake, ang pagtaas ng temperatura ay nabanggit. Ang pagbaba ng temperatura sa antas ng mga nakapaligid na lugar sa karamihan ng mga kaso ay nagpapahiwatig regression proseso sa balat.

Ang lagnat ay kadalasang tagapagpahiwatig ng impeksiyon. Upang matukoy ang temperatura ng isang tao, ito ay sapat na upang tumingin sa pamamagitan ng isang infrared na aparato sa kanyang mukha at leeg. Para sa mga malusog na tao, ang ratio ng temperatura ng noo sa temperatura ng carotid ay mula 0.98 hanggang 1.03. Maaaring gamitin ang ratio na ito sa mga express diagnostic sa panahon ng epidemya para sa mga hakbang sa kuwarentenas.

26.6. Phototherapy. Therapeutic na paggamit ng ultraviolet light

Ang infrared radiation, visible light at ultraviolet radiation ay malawakang ginagamit sa medisina. Alalahanin ang mga saklaw ng kanilang mga wavelength:

Phototherapy tinatawag na paggamit ng infrared at nakikitang radiation para sa mga layuning panterapeutika.

Ang pagtagos sa mga tisyu, ang mga infrared ray (pati na rin ang mga nakikita) sa lugar ng kanilang pagsipsip ay nagiging sanhi ng pagpapalabas ng init. Ang lalim ng pagtagos ng infrared at nakikitang mga sinag sa balat ay ipinapakita sa Fig. 26.7.

kanin. 26.7. Lalim ng pagpasok ng radiation sa balat

Sa medikal na kasanayan, ang mga espesyal na irradiator ay ginagamit bilang mga mapagkukunan ng infrared radiation (Larawan 26.8).

Minin lamp ay isang incandescent lamp na may reflector na naglo-localize ng radiation sa kinakailangang direksyon. Ang pinagmumulan ng radiation ay isang 20-60 W incandescent lamp na gawa sa walang kulay o asul na salamin.

Banayad na thermal bath ay isang semi-cylindrical na frame, na binubuo ng dalawang halves na konektado sa bawat isa. Sa panloob na ibabaw ng frame, nakaharap sa pasyente, ang mga lamp na maliwanag na maliwanag na may lakas na 40 W ay naayos. Sa gayong mga paliguan, ang biological na bagay ay apektado ng infrared at nakikitang radiation, pati na rin ang pinainit na hangin, na ang temperatura ay maaaring umabot sa 70°C.

Lamp Sollux ay isang malakas na lamp na maliwanag na maliwanag na inilagay sa isang espesyal na reflector sa isang tripod. Ang pinagmulan ng radiation ay isang incandescent lamp na may lakas na 500 W (tungsten filament temperature 2800°C, radiation maximum sa wavelength na 2 μm).

kanin. 26.8. Mga irradiator: Minin lamp (a), light-thermal bath (b), Sollux lamp (c)

Therapeutic na paggamit ng ultraviolet light

Ang ultraviolet radiation na ginagamit para sa mga layuning medikal ay nahahati sa tatlong hanay:

Kapag ang ultraviolet radiation ay nasisipsip sa mga tisyu (sa balat), nangyayari ang iba't ibang photochemical at photobiological na reaksyon.

ginamit bilang mga mapagkukunan ng radiation. mataas na presyon ng mga lamp(arc, mercury, tubular), fluorescent lamp, paglabas ng gas mga lamp na may mababang presyon isa sa mga varieties nito ay bactericidal lamp.

Isang radiation ay may erythemal at tanning effect. Ginagamit ito sa paggamot ng maraming mga dermatological na sakit. Ang ilang mga kemikal na compound ng furocoumarin series (halimbawa, psoralen) ay nagagawang gawing sensitize ang balat ng mga pasyenteng ito sa mahabang alon na ultraviolet radiation at pasiglahin ang pagbuo ng melanin pigment sa mga melanocytes. Ang pinagsamang paggamit ng mga gamot na ito na may A-radiation ay ang batayan ng isang paraan ng paggamot na tinatawag photochemotherapy o PUVA therapy(PUVA: P - psoralen; UVA - ultraviolet radiation zone A). Bahagi o lahat ng katawan ay nakalantad sa radiation.

B radiation ay may bitamina-forming, anti-rachitic effect.

C radiation ay may bactericidal effect. Sinisira ng pag-iilaw ang istruktura ng mga mikroorganismo at fungi. Ang C-radiation ay nilikha ng mga espesyal na bactericidal lamp (Larawan 26.9).

Ang ilang mga medikal na pamamaraan ay gumagamit ng C-radiation upang i-irradiate ang dugo.

Ultraviolet na gutom. Ang ultraviolet radiation ay kinakailangan para sa normal na pag-unlad at paggana ng katawan. Ang kakulangan nito ay humahantong sa isang bilang ng mga malubhang sakit. Ang mga residente ng matinding rehiyon ay nahaharap sa gutom sa ultraviolet

kanin. 26.9. Bactericidal irradiator (a), nasopharyngeal irradiator (b)

North, mga manggagawa sa industriya ng pagmimina, ang subway, mga residente ng malalaking lungsod. Sa mga lungsod, ang kakulangan ng ultraviolet radiation ay nauugnay sa polusyon ng hangin sa pamamagitan ng alikabok, usok, at mga gas na humaharang sa UV na bahagi ng solar spectrum. Ang mga bintana ng lugar ay hindi nagpapadala ng mga sinag ng UV na may wavelength na λ< 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).

Ang mga panganib ng ultraviolet radiation

Exposure sa labis Ang mga dosis ng ultraviolet radiation sa katawan sa kabuuan at sa mga indibidwal na organo ay humahantong sa isang bilang ng mga pathologies. Una sa lahat, ito ay tumutukoy sa mga kahihinatnan ng hindi makontrol na sunbathing: pagkasunog, mga spot ng edad, pinsala sa mata - ang pagbuo ng photophthalmia. Ang epekto ng ultraviolet radiation sa mata ay katulad ng erythema, dahil nauugnay ito sa agnas ng mga protina sa mga selula ng kornea at mauhog na lamad ng mata. Ang mga buhay na selula ng balat ng tao ay protektado mula sa mapanirang pagkilos ng mga sinag ng UV na "patay-

mi" na mga selula ng stratum corneum ng balat. Ang mga mata ay pinagkaitan ng proteksyon na ito, samakatuwid, na may isang makabuluhang dosis ng pag-iilaw ng mata, ang pamamaga ng malibog (keratitis) at mauhog na lamad (conjunctivitis) ng mata ay bubuo pagkatapos ng isang nakatagong panahon. Ang epektong ito ay dahil sa mga sinag na may wavelength na mas mababa sa 310 nm. Ito ay kinakailangan upang protektahan ang mata mula sa gayong mga sinag. Ang espesyal na pansin ay dapat bayaran sa blastomogenic na epekto ng UV radiation, na humahantong sa pag-unlad ng kanser sa balat.

26.7. Pangunahing konsepto at pormula

Pagpapatuloy ng talahanayan

Dulo ng mesa

26.8. Mga gawain

2. Tukuyin kung gaano karaming beses ang mga liwanag ng enerhiya ng mga lugar sa ibabaw ng katawan ng tao ay naiiba, na may mga temperatura na 34 at 33 ° C, ayon sa pagkakabanggit?

3. Kapag nag-diagnose ng isang tumor sa suso sa pamamagitan ng thermography, ang pasyente ay binibigyan ng solusyon ng glucose na maiinom. Pagkaraan ng ilang oras, ang thermal radiation ng ibabaw ng katawan ay naitala. Ang mga selula ng tisyu ng tumor ay masinsinang sumisipsip ng glucose, bilang isang resulta kung saan tumataas ang kanilang produksyon ng init. Sa ilang degrees nagbabago ang temperatura ng lugar ng balat sa itaas ng tumor kung ang radiation mula sa ibabaw ay tumaas ng 1% (1.01 beses)? Ang paunang temperatura ng bahagi ng katawan ay 37°C.

6. Gaano tumaas ang temperatura ng katawan ng tao kung tumaas ng 4% ang radiation flux mula sa ibabaw ng katawan? Ang paunang temperatura ng katawan ay 35°C.

7. Mayroong dalawang magkatulad na takure sa isang silid na naglalaman ng pantay na masa ng tubig sa 90°C. Ang isa ay nickel plated at ang isa naman ay itim. Aling takure ang pinakamabilis na magpapalamig? Bakit?

Solusyon

Ayon sa batas ni Kirchhoff, ang ratio ng paglabas at pagsipsip ng mga kakayahan ay pareho para sa lahat ng katawan. Ang nickel-plated teapot ay sumasalamin sa halos lahat ng liwanag. Samakatuwid, ang kapasidad ng pagsipsip nito ay maliit. Alinsunod dito, ang emissivity ay maliit din.

Sagot: mas mabilis lumalamig ang madilim na takure.

8. Para sa pagkasira ng mga peste, ang butil ay nakalantad sa infrared radiation. Bakit namamatay ang mga surot, ngunit ang butil ay hindi?

Sagot: mayroon ang mga bug itim kulay, samakatuwid ay masinsinang sumisipsip ng infrared radiation at namamatay.

9. Kapag nagpainit ng isang piraso ng bakal, mapapansin natin ang isang maliwanag na cherry-red heat sa temperatura na 800 ° C, ngunit ang isang transparent na baras ng fused quartz ay hindi kumikinang sa parehong temperatura. Bakit?

Solusyon

Tingnan ang problema 7. Ang isang transparent na katawan ay sumisipsip ng isang maliit na bahagi ng liwanag. Samakatuwid, ang emissivity nito ay maliit.

Sagot: ang isang transparent na katawan ay halos hindi nagliliwanag, kahit na ito ay malakas na pinainit.

10. Bakit maraming hayop ang natutulog na nakakulot sa malamig na panahon?

Sagot: sa kasong ito, ang bukas na ibabaw ng katawan ay bumababa at, nang naaayon, ang pagkalugi ng radiation ay bumababa.

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

THERMAL RADIATION Batas ni Stefan Boltzmann Relasyon sa pagitan ng liwanag ng enerhiya Re at ng spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan Enerhiya ng liwanag ng isang kulay-abo na katawan Batas sa displacement ng Wien (1st law) Depende sa maximum spectral density ng liwanag ng enerhiya ng isang itim na katawan sa temperatura (2nd law) formula ni Planck

THERMAL RADIATION 1. Ang pinakamataas na spectral density ng liwanag ng enerhiya ng Araw ay bumaba sa wavelength = 0.48 microns. Ipagpalagay na ang Araw ay nagniningning bilang isang itim na katawan, tukuyin: 1) ang temperatura ng ibabaw nito; 2) ang kapangyarihan radiated sa pamamagitan ng ibabaw nito. Ayon sa batas ng displacement ni Wien Ang kapangyarihan ay nagmula sa ibabaw ng Araw Ayon sa batas ni Stefan Boltzmann,

THERMAL RADIATION 2. Tukuyin ang dami ng init na nawala ng 50 cm 2 mula sa ibabaw ng molten platinum sa 1 min, kung ang absorption capacity ng platinum AT = 0.8. Ang punto ng pagkatunaw ng platinum ay 1770 °C. Ang dami ng init na nawala ng platinum ay katumbas ng enerhiya na ibinubuga ng mainit na ibabaw nito Ayon sa batas ni Stefan Boltzmann,

THERMAL RADIATION 3. Kumokonsumo ng kuryente ang electric oven P = 500 W. Ang temperatura ng panloob na ibabaw nito na may bukas na maliit na butas na may diameter na d = 5.0 cm ay 700 °C. Anong bahagi ng natupok na kapangyarihan ang napapawi ng mga pader? Ang kabuuang kapangyarihan ay natutukoy sa pamamagitan ng kabuuan ng Power na nawala sa butas Ang kapangyarihan na nawala sa pamamagitan ng mga pader Ayon sa batas ni Stefan Boltzmann,

THERMAL RADIATION 4 Ang isang tungsten filament ay pinainit sa vacuum na may kasalukuyang I = 1 A sa isang temperatura T 1 = 1000 K. Sa anong kasalukuyang lakas magpapainit ang filament hanggang sa isang temperatura T 2 = 3000 K? Ang mga koepisyent ng pagsipsip ng tungsten at ang resistivity nito na tumutugma sa mga temperatura T 1, T 2 ay: a 1 = 0.115 at isang 2 = 0.334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Ang radiated power ay katumbas ng power na natupok mula sa electrical circuit sa steady state Electrical power na inilabas sa conductor Ayon sa batas ni Stefan Boltzmann,

THERMAL RADIATION 5. Sa spectrum ng Araw, ang pinakamataas na spectral density ng liwanag ng enerhiya ay bumaba sa wavelength 0 = 0.47 µm. Kung ipagpalagay na ang Araw ay umiilaw bilang isang ganap na itim na katawan, hanapin ang intensity ng solar radiation (ibig sabihin, ang radiation flux density) malapit sa Earth sa labas ng atmospera nito. Luminous intensity (radiant intensity) Luminous flux Ayon sa mga batas nina Stefan Boltzmann at Wien

THERMAL RADIATION 6. Ang haba ng daluyong 0, na tumutukoy sa pinakamataas na enerhiya sa spectrum ng radiation ng isang itim na katawan, ay katumbas ng 0.58 microns. Tukuyin ang maximum spectral density ng energy luminosity (r, T) max, na kinakalkula para sa wavelength interval = 1 nm, malapit sa 0. Ang maximum spectral density ng energy luminosity ay proporsyonal sa ikalimang kapangyarihan ng temperatura at ipinahayag ng 2nd Wien's law ay ibinibigay sa mga yunit ng SI, kung saan ang isang solong wavelength interval = 1 m. Ayon sa kondisyon ng problema, kinakailangan upang kalkulahin ang spectral density ng liwanag ng enerhiya na kinakalkula para sa isang wavelength na pagitan ng 1 nm, kaya isulat namin ang halaga ng C sa mga yunit ng SI at muling kalkulahin ito para sa isang naibigay na agwat ng haba ng daluyong:

THERMAL RADIATION 7. Ang isang pag-aaral ng solar radiation spectrum ay nagpapakita na ang pinakamataas na spectral density ng liwanag ng enerhiya ay tumutugma sa isang wavelength na =500 nm. Ang pagkuha ng Araw para sa isang itim na katawan, tukuyin ang: 1) ang liwanag ng enerhiya R e ng Araw; 2) ang energy flux Ф e radiated ng Araw; 3) ang masa ng mga electromagnetic wave (sa lahat ng haba) na ibinubuga ng Araw sa 1 s. 1. Ayon sa mga batas nina Stefan Boltzmann at Wien 2. Luminous flux 3. Ang masa ng electromagnetic waves (sa lahat ng haba) na ibinubuga ng Araw sa panahong t = 1 s, tinutukoy natin sa pamamagitan ng paglalapat ng batas ng proporsyonalidad ng masa at enerhiya E = ms 2. Ang enerhiya ng mga electromagnetic wave na ibinubuga sa oras t, ay katumbas ng produkto ng daloy ng enerhiya Ф e ((radiation power) at oras: E \u003d Ф e t. Samakatuwid, Ф e \u003d ms 2 , kung saan m \u003d Ф e / s 2.

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 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 magmumukhang 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 ekwilibriyo ay naayos na. itinatag at ang pagsukat ay ginagawa).

2. Batas ng 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 hinihigop, 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 paglilipat 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 density ng lakas ng volume 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 sa bawat 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) na nauugnay 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 ang radiation ay dahil sa isang pagbawas sa enerhiya ng 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 maiinit na katawan ay kapansin-pansing naiiba din sa glow ng isang blackbody, na mas mataas sa pamamagitan ng paghahambing ng spectra ng isang common light source (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 bumaba 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 nag-iiba nang husto. 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 mga mabibilis na 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 ( Sa ay ang bilis ng liwanag). Sa induction electron accelerators - betatrons, ang mga electron ay nakakakuha ng enerhiya hanggang 50 MeV, = 0.99995 Sa. 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 isang solidong katawan, 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 Sa ay ang bilis ng liwanag. Pag-andar ng trabaho A out depende sa materyal ng photocathode at ang estado ng ibabaw nito. Ang paglabas ng mga photoelectron ay nagsisimula kaagad, sa sandaling bumagsak ang liwanag sa photocathode na may dalas o haba ng daluyong.