Законы теплового излучения Волновые свойства микрочастиц Операторы физических величин Квантовые  генераторы Электропроводимость  металлов Ядерная физика Атомное ядро Спектры излучения атомных ядер

Курс лекций по физике

Копенгагенской трактовки квантовой механики было достаточно, чтобы осознать и поставить под вопрос своего рода "метафизические начала натуральной философии". В каком смысле теоретическая физика вообще может считаться однозначной формой знания природы (кстати, а, что, собственно, такое - знание)? Что такое объективность теоретического знания (истинность) и как она связана с понятием объекта? Что такое реальность?

Законы теплового излучения

 Энергию, излучаемую с единицы поверхности нагретого тела и приходящуюся на единичный диапазон частот, называют спектральной испускательной способностью тела или спектральной плотностью энергетической светимости (rω,Т ).

rω,Т  r(ω,Т) , Дж/м2

 ω – частота излучения;

  Т – температура тела.

 Суммарная мощность, излучаемая с единицы поверхности тела по всему диапазону частот

 

Называется энергетической светимостью ( R ).

  Спектральную испускательную способность можно представить и как функцию длины волны излучения λ.

rλ,Т dλ = rω,T dω.

Учитывая, что  получаем  .

 Знак << – >> носит формальный характер т.к. указывает лишь на то, что с возрастанием длины волны λ частота убывает, и его можно опустить.

 Спектральной поглощательной способностью (aω,T) тела называют безразмерную величину

 , где

dФω – поток излучения в узком диапазоне частот (ω+dω), падающего на поверхность тела;

 - поток излучения, поглощаемый телом.

 Тело, у которого aω,T < 1 и одинакова по всему диапазону частот называется серым телом.

 Абсолютно черным телом (АЧТ) называют тело, у которого aω,T = 1 на всех частотах и при любых температурах. В теории теплового излучения оно является эталонным телом.

 Моделью АЧТ является замкнутая полость с малым отверстием, диаметр которого значительно меньше поперечных размеров полости, которая может иметь любую форму и может быть изготовлена из любого непрозрачного материала.

 1 - 3

 

 Именно малому отверстию в полости

и приписывается свойство АЧТ. Если

стенки полости поддерживать при некоторой

температуре Т, то отверстие будет излучать

как абсолютно черное тело с температурой Т.

 Закон Кирхгофа

Отношение испускательной и поглощательной способностей одинаково для всех тел в природе, включая абсолютно черное тело, и при данной температуре является одной и той же универсальной функцией частоты (длины волны).

 или

 , где

 и  - испускательные способности АЧТ

 Зная  и aω,T реального тела можно определить энергию, излучаемую этим телом в любом диапазоне частот.

 Закон Стефана-Больцмана

Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной (термодинамической) температуры.

R* = σT4 , где

σ = 5,671.10-8  Вт/м2К4 - постоянная Стефана-Больцмана.

 Для реальных тел R = AТR* = ATσT4 , где АТ - интегральная поглощательная способность тела, которая зависит от температуры и всегда меньше единицы ( АТ < 1 ).

Закон смещения Вина Длина волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре.

Гипотеза о квантах. Формула Планка Планк получил формулу для uω,T , хорошо согласующуюся с экспериментальными данными во всем диапазоне частот. Для этого он ввел гипотезу, коренным образом противоречащую представлениям классической физики о непрерывном испускании и поглощении электромагнитного излучения веществом.

Фотоэффект Дальнейшее развитие квантовая гипотеза Планка получила прежде всего в работах Эйнштейна, который выдвинул гипотезу о световых квантах – фотонах.

  Законы Столетова Для монохроматического света определенной длины волны фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на катод. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от величины светового потока, а определяется лишь частотой излучения.

Эта система включает в себя оптику, а также дебройлевскую теорию волн материи. Наконец, четвертой системой является квантовая теория, включающая квантовую и волновую механику, теорию атомных спектров, химию и т. п. Относительная независимость и необходимые пересечения релятивистской и квантовой теорий наводят Гейзепберга на мысль о возможности возникновения пятой замкнутой системы понятий
;
Курс лекций по физике