Сәуле шығару, жылулық сәуле шығару реферат

Жылулық сәуле шығару — электромагниттік сәулелену пайда есебінен ішкі энергия дене. Бар тұтас спектр, орналасуы мен қарқындылығы максимум оның температурасына байланысты дене. Кезінде остывании соңғы ауады длинноволновую бөлігі спектрін[1].

Жылулық сәуле шығару испускают, мысалы, қыздырылған металл, жер атмосферасы және ақ ергежейлі[1][2].

Себебі зат шығаратын электромагниттік толқындар болып табылады құрылғы атомдар мен молекулалардың зарядталған бөлшектердің, соның нәтижесінде зат пронизано электромагниттік өрістердің. Атап айтқанда, соқтығысу кезіндегі атомдар мен молекулалар жүреді, олардың соққыдан қозу, кейіннен высвечиванием. Ерекшелігі болып табылады, ол кезде усреднении коэффициентінің сәулелену бойынша максвелловскому бөлу бастап энергия hν ∼ kT, спектрінде басталады экспоненциалдық үйінді.[3]

Егер сәуле орналасқан термодинамическом тепе-теңдік зат болса, онда мұндай сәулелену деп аталады равновесным. Спектр осындай сәулелену баламасы спектрі абсолют қара дененің және сипатталады заңына Планк. Алайда, жалпы жағдайда жылулық сәуле шығару мүмкін емес термодинамическом тепе-теңдік зат, осылайша неғұрлым денесі ыстық денеден тез төмен, ал суық керісінше қызады. Спектр осындай сәулелену заңмен анықталады, кирхгоф заңдары.

Кейін табылған инфрақызыл сәуле, неміс физигі Иоганн Вильгельм Риттер іздей бастады сәулелену және бұдан әрі қарама-қарсы соңына көрінетін спектрін, длинами толқындардың қысқа қарағанда сәуле күлгін түсті.

1801 жылы ол тауып, бұл хлориді, күміс, разлагающийся жарықтың әсерімен, тезірек разлагается әсерінен көрінбейтін сәулелену тыс күлгін облысының спектрін. Хлориді күміс ақ түсті бірнеше минут ішінде темнеет жарықта. Әр түрлі учаскелері спектрін әртүрлі әсер етеді жылдамдығы жылыну болатынын айтады. Тез арада бұның алдында күлгін түсті облысымен спектрін. Сол кезде көптеген ғалымдар, қоса алғанда Риттера, келісімге келді жарық үш жекелеген компоненттерді: тотығу немесе жылу (инфрақызыл) құрамдас, жарық компонент (көрінетін жарық) және қалпына келтіру (ультракүлгін) компоненті.

Идеялар бірлігі туралы үш түрлі бөліктерін спектрін алғаш рет тек 1842 жылы еңбектеріндегі Александр Беккереля, Мачедонио Меллони және т. б.

Испускаемый көзі жарық алып кетеді және өзімен бірге энергия. Бар көптеген әр түрлі механизмдерді келтіру энергиясын жарық көзіне. Жағдайларда қажетті энергия хабарланады нагреванием, яғни су, жылу, сәуле шығару деп аталады жылу немесе температуралық. Бұл сәуле түрі физиктер үшін ХІХ ғасырдың соңына атынан ерекше қызығушылық тудырады, өйткені айырмашылығы басқа да түрлері люминесценция, жылулық сәулелену болуы мүмкін жай-күйі термодинамикалық тепе-теңдік жағдайында қыздырылған тұрғыдан зерттеледі.

Зерттей отырып заңдылықтары жылулық сәулелену тел, физика үміттенді арасындағы өзара байланысты орнатуға термодинамикой және оптикой.

Егер тұйықталған қуысына байланысты көрсететін, қарама-қарсы қабырғалары орналастыру бірнеше тел, қыздырылған дейін әр түрлі температураны, яғни, тәжірибе көрсеткендей, мұндай жүйе уақыт өте келеді жай-күйі, жылулық тепе-теңдік кезінде барлық денелер ие болады бірдей температура. Дене алмасады энергиясымен арқылы ғана испускания және сіңіру лучистой энергии. Жағдайы тепе-теңдік процестер испускания және сіңіру энергиясы әрбір денесімен орташа өтейді, бір-біріне арасындағы кеңістікте тұрғыдан зерттеледі энергиясының тығыздығы сәулелену жетеді белгілі бір маңызы бар байланысты ғана орнаған температураны тел. Бұл сәуле орналасқан термодинамическом тепе-теңдік бастап тұрғыдан зерттеледі, бар белгілі бір температурасы деп аталады равновесным немесе қара сәуле. Энергияның тығыздығы равновесного сәулелену және оның спектрлік құрамы байланысты тек температура.

Егер аз тесік арқылы сұға ішке қуысы, белгіленген термодинамическое арасындағы тепе-теңдік сәуле және қыздырылған тұрғыдан зерттеледі, онда көз жоқ различит кескінді тел және зафиксирует тек біртекті жану бүкіл қуысының жалпы алғанда.

Мейлі, бірі тел қуысы жұту қасиеті бар барлық падающую оның беті лучистую энергиясын кез келген спектрлік құрамы. Мұндай денесі деп атайды абсолютті қара. Берілген температурасы кезінде меншікті жылулық сәуле шығару абсолют қара дененің күйіндегі жылулық тепе-теңдік жағдайында сәуле болуы тиіс сол спектрлік құрамы, және қоршаған бұл денесі равновесное сәуле шығару. Олай болмаған жағдайда тепе-теңдік арасындағы абсолютті қара дене және қоршаған орта, оның сәуле жоқ еді установиться. Сондықтан міндеті-тегжейлі зерттеу спектрлік құрамын абсолют қара дененің сәуле шығару. Бұл мәселені шешуге классикалық физика өте алмайтын.

Үшін тепе-теңдікті белгілеу қуысының қажет әрбір дене испускало осынша лучистой энергии, қанша жұтады. Бұл маңызды заңдылықтарын жылулық сәуле шығару. Бұл кезде берілген температурада абсолют қара дене испускает бетінен бірлік алаңы уақыт бірлігіне көбірек лучистой энергии қарағанда, кез келген басқа денесі.

Микроволновое сәуле сверхвысокочастотное сәуле (СВЧ-сәуле) — электромагниттік сәулелену қамтитын дециметровый, сантиметровый және миллиметровый (радиотолқындардың өріс ауқымы (толқын ұзындығы 1 м — жиілігі 300 МГц-тен 1 мм — 300 ГГц). Алайда арасындағы шекараны инфрақызыл, терагерцовым, микроволновым сәулелену және ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны және анықталуы мүмкін басқаша.

Микроволновое сәуле үлкен қарқындылығы үшін қолданылады контактісіз қыздыру тел (тұрмыстық микротолқынды пештерде — қыздыру үшін өнімдер, өнеркәсіптік — металдарды термоөңдеу, хирургия — радиожиілік семуінің вейн[1]; негізгі элементі мұнда қызмет етеді магнетрон), сондай-ақ, радиолокация.

Микроволновое сәулелену қарқындылығы аз пайдаланылады құралдарында байланыс негізінен портативті — рациях, ұялы телефондар (басқа бірінші ұрпақ), құрылғыларда Bluetooth, Wi-Fi және WiMAX.

Абсолют қара денелердің табиғатта болмайды. Жақсы үлгісі осындай дене болып табылады шағын тесік тұйық қуысы (сур. 5.1.1). Жарық, падающий тесік арқылы ішке қуысы, кейін көптеген көрсетеді толығымен поглощен қабырғасы қалың, сыртынан тесік болады казаться мүлдем қара. Бірақ, егер қуысына нагрета белгілі бір температураға дейін T, ішінде белгіленген жылулық тепе-теңдік, онда жеке сәуле қуысы арқылы шығатын тесік, сәуле абсолют қара дене. Дәл осылайша барлық эксперименттер зерттеу бойынша жылулық сәулелену үлгіленеді абсолют қара дене.

Артуына байланысты температура ішіндегі қуысы өсетін болады энергия шығатын тесігінен сәулелену және өзгеруі оның спектралдық құрамы.

Электр қуатын тарату бойынша длинам толқындардың сәулелену абсолют қара дененің берілген температурасы кезінде T сипатталады излучательной қабілеті r (λ, T) тең сәулелену қуаты бірлік дене бетінің жеке аралықтағы толқын ұзындықтары. Шығарма r (λ, T) Δλ сияқты сәулелену қуаты, испускаемого бірлік алаңы бетінің барлық бағыттары бойынша интервалындағы Δλ толқын ұзындықтары. Ұқсас енгізуге болады энергияның таралуы бойынша жиіліктер r (ν, T). Функциясы r (λ, T) немесе r (ν, T)) деп жиі атайды спектрлі светимостью, ал толық ағыны R (T) сәуле шығару барлық толқын ұзындықтары тең,

деп атайды интегралдық светимостью дене.

ХІХ ғасырдың соңында сәуле шығару абсолют қара дененің жақсы эксперименттік зерттелді.

1879 жылы Йозеф Стефан талдау негізінде эксперименттік деректер қорытындыға келсе, ол интегралды жарықтығы R (T) абсолют қара дененің пропорционал төртінші дәрежелі абсолюттік температура T:

R (T) = σT4.

Кейінірек, 1884 жылы, Людвиг Больцман қабылданбады осы тәуелділікті теориялық негізге ала отырып, термодинамикалық түсініктер. Бұл заң атауын алды заңы Стефан–Больцман. Сандық мәні тұрақты σ, қазіргі заманғы өлшеу құрайды

σ = 5,671·10-8 Вт / (м2 · К4).

 

 

Сурет 5.1.2.

Спектралды бөлу r (λ, T) сәуле қара дененің әр түрлі температураларда

Соңында, 90-шы жылдардың XIX ғасырдың орындалды мұқият эксперименттік өлшеу спектрлік бөлу абсолют қара дененің сәуле шығару, олар көрсеткендей, әрбір мәні температура T тәуелділігі r (λ, T) айқын максимум (сур. 5.1.2). Артуына байланысты температура максимум ауады облысы қысқа толқын ұзындықтары, әрі шығарма температура T толқын ұзындығы λm, тиісті басталды, тұрақты болып қалады:

λmT = b немесе λm = b / T

Бұл арақатынас бұрын алынған Шарап бірі термодинамика. Ол білдіреді деп аталатын заң ығысу Шарап: толқын ұзындығы λm, оған тиесілі максимум энергиясы абсолют қара дененің сәуле шығару, кері пропорционал абсолюттік температура T. Мәні тұрақты Шарап

b = 2,898·10-3 м·К.

Кезде іс жүзінде достижимых зертханалық жағдайда температура максимум излучательной қабілетін r (λ, T) жатыр инфрақызыл. Ғана при T ≥ 5·103-максимум түседі себепші болған ашық область спектрін. Максимум сәуле энергиясының Күннің тура келеді шамамен 470 нм (жасыл облысы спектрін) сәйкес келетін температура сыртқы қабаттарын Күн шамамен 6200 — (егер қарауға Күн ретінде абсолют қара дене).

Жетістіктері термодинамиканың мүмкіндік берген заңдар шығаруға Стефан–Больцман теориялық, вселяли үміт негізге ала отырып, термодинамикалық түсініктер, өзің-алуға бүкіл қисық спектрлік бөлу сәулелену қара дененің r(λ, T). 1900 жылы бұл проблеманы шешуге тырысты атақты ағылшын физигі Д. Релей, ол негізін өз ойлау қаланды теорему классикалық статистикалық механика туралы равномерном бөлу еркіндік дәрежесі бойынша энергияның күйде термодинамикалық тепе-теңдік. Бұл теорема қолданылған Релеем — равновесному сәуле шығаруы қуысында. Кейінірек осы идеяны жан-жақты дамытты Джинс. Осындай жолмен алуға қол жеткізді тәуелділік излучательной қабілеті, абсолют қара дене толқын ұзындығын λ және температура T:

r (λ, T) = 8πkTλ–4.

Бұл арақатынас деп атайды формуламен Релея–Джинса. Ол келіседі, эксперименттік деректермен ғана жетерлік ұзын толқындар (сур. 5.1.3.). Сонымен қатар, оған жөн-жөнсіз екендігі туралы тұжырым интегралдық жарықтығы R (T) қара дененің тиіс жүгінуге шексіздік, демек, арасындағы тепе-теңдік қызған денемен және сәулемен тұйық қуысы мүмкін установиться кезде ғана абсолюттік нөлдік температура.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.