Контрольные вопросы

1. Дайте определение основным характеристикам теплового излучения и поглощения.

2. Что такое абсолютно чёрное тело? Какие тела можно рассматривать как абсолютно чёрные? Идеальная модель абсолютно черного тела.

3. Дайте понятие равновесного излучения.

4. Поясните законы излучения абсолютно чёрного тела (Кирхгофа, Стефана–Больцмана, Вина).

5. Получите из формулы Планка закон Стефана–Больцмана.

6. Объясните сущность “ультрафиолетовой катастрофы”.

7. Получите из формулы Планка формулу Рэлея–Джинса.

8. Как определить температуру тела с помощью пирометра?

9. В чём сущность пирометрического метода оценки температуры?

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 478с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики, т.3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – 2-е изд., испр. – М.: Наука. Главная редакция физико–математической литературы, 1982. – 304с.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. шк. 1989. – 608с.

4. Лабораторный практикум по физике: Учеб. пособие для студентов втузов /Ахматов А.С., Андреевский В.М., Кулаков А.И. и др.; Под ред. А.С. Ахматова. – М.: Высш. школа, 1980. – 360с., ил.

5. Физический практикум. Электричество и оптика /Под редакцией В.И. Ивероновой, ГИФМЛ, 1968. – 816с.

6. Кортнев А.В. Практикум по физике. /Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Кузнецов А.М.: – М: Высшая школа, 1963. – 516с.

7. Лекции.

Лабораторная работа №8 Определение относительной энергии абсолютно чёрного тела при различных температурах

Цель работы: 1.Проверить основной закон интегрального излучения абсолютно чёрного тела.

2.Определить длину волны, соответствующую максимуму излучения абсолютно чёрного тела, по закону Вина.

Приборы и принадлежности: Модель абсолютно чёрного тела с электрическим нагревателем, термопара с милливольтметром, термостолбик с гальванометром, асбестовый экран.

Краткая теория

Тепловое излучение, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества и свойственно всем телам при температуре выше 0К. Поэтому свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым или температурным излучением. Тепловое излучение имеет сплошной спектр частот, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких – преимущественно длинные (инфракрасные).

Тепловое излучение – практически единственный вид излучения, встречающийся в природе, который может быть равновесным. С течением времени, в результате непрерывного обмена энергией между телом и излучением, наступит равновесие, то есть тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать.

Количественной характеристикой теплового излучения служит излучательность тела – мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины

где – энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени, с единицы площади поверхности тела в интервале частот отν до ν+dν.

Единица излучательности

Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется поглощательной способностью

,

показывающей, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающим на нее электромагнитными волнами с частотой от ν до ν+dν, поглощается телом.

Исследование теплового излучения сыграло важную роль в создании квантовой теории света, поэтому необходимо рассмотреть законы, которым оно подчиняется.

Закон Стефана – Больцмана

Австрийские физики Й. Стефан (в 1879г.) и Л. Больцман (в 1884г.) анализируя экспериментальные данные и применяя термодинамический метод исследований, объяснили тепловое излучение лишь частично, установив зависимость излучательности от температуры. Излучательность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры.

где σ – постоянная Стефана – Больцмана.  = 5,67·10^-8

Закон Стефана – Больцмана, определяя зависимость излучательности от температуры, не дает ответа относительно спектрального состава излучения абсолютно черного тела.