Студопедия — Законы теплового излучения черного тела.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Законы теплового излучения черного тела.






 

Из опыта известно, что раскаленные до высоких температур тела начинают светиться, то есть испускать электромагнитные волны видимого диапазона. При более низких температурах тела излучают электромагнитные волны вне видимого диапазона. Экспериментально и теоретически были определены законы теплового излучения черного тела.

Зависимость энергетической светимости черного тела от температуры определяется законом Стефана – Больцмана:

Rэ0 = sТ4,

где s = 5,67 . 10-8 Вт м-2 . К-4 – постоянная Стефана- Больцмана.

Энергия равновесного теплового излучения определенным образом распределена по длинам волн. Координаты максимума этого распределения позволяют определить законы В.Вина:

lm. Т = b,

где lm – длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости (rn0)m,Т– термодинамическая температура, b = 2,898.10-3 м . К – постоянная Вина (это закон смещения Вина). Максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости черного тела определяется другим законом Вина:

(rn0)m = с Т5,

где с = 1,29 . 10-5 Вт / (м3. К5) – другая постоянная Вина.

Экспериментальные кривые, характеризующие зависимость rn0 (n) при разных температурах Т черного тела имеют вид, представленный на рис.1 (Т321).

 

 

 

 


 

 

Рис. 1

 

Экспериментально тепловое излучение черного тела воспроизводилось как излучение из небольшого отверстия достаточно большой полости (рис.2).

Излучение, попавшее через отверстие в полость, в результате многократных поглощений на её внутренних стенках всегда практически полностью поглотится. Следовательно, поверхность отверстия ведёт себя как черное тело и выходящее из него излучение является равновесным тепловым излучением.

 

 

Рис.2

3. Формула Планка

 

Получить выражение хорошо согласующееся с экспериментом для функции Кирхгофа и дать теоретическое обоснование спектральным закономерностям черного излучения впервые удалось М.Планку. Излучающую систему он представил в виде совокупности линейных гармонических осцилляторов (электрических диполей) со всевозможными собственными частотами n, получив зависимость (n), представленную ниже:

 

где <wn>- средняя энергия осциллятора с собственной частотой n.

Используя термодинамические соотношения и выдвинув квантовую гипотезу, согласно которой энергия атомов- осцилляторов может изменяться дискретно, порциями, пропорциональными кванту энергии hn, где h – постоянная Планка (h = 6,62. 10-34 Дж.с), Планк получил формулу:

,

 

где с – скорость света в вакууме, к – постоянная Больцмана.

Эта формула хорошо согласуется с экспериментальными законами излучения черного тела.

 

4. Цель работы

 

Целью работы является:

1). Экспериментальное подтверждение формулы Планка. Определение постоянной Планка.

Для этого исследуется зависимость интенсивности излучения от температуры на фиксированной частоте. Спектральная интенсивность излучения черного или серого тела пропорциональна спектральной плотности энергии равновесного теплового излучения, определяемой формулой Планка:

.

 

Интенсивность излучения определяет величину фототока Iф, возникающего в результате освещения фотоприемника. Для диапазона частот, изучаемых в данной работе, справедливо соотношение hn>>кТ, и зависимость фототока, от температуры будет иметь вид:

Iф = const . exp (-hn/кТ).

 

Линейная зависимость логарифма фототока ln Iф от n/Т должна свидетельствовать о соответствии результатов формуле Планка в исследуемом интервале частот.

Из коэффициента пропорциональности зависимости ln Iф (от n/Т) определяется постоянной Планка.

2). Проверка закона Стефана-Больцмана.

Справедливость закона Стефана-Больцмана проверяется по графику зависимости мощности излучения Р нити накаливания от температуры Т; отношение lnР/ lnТ должно быть близко к 4. За мощность излучения Р принимаем мощность электрического нагрева. Сравнивая мощность излучения Р с мощностью излучения абсолютно черного тела Р0, определяем коэффициент излучения реального тела (нити накаливания).

 







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 724. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Тема 5. Анализ количественного и качественного состава персонала Персонал является одним из важнейших факторов в организации. Его состояние и эффективное использование прямо влияет на конечные результаты хозяйственной деятельности организации.

Билет №7 (1 вопрос) Язык как средство общения и форма существования национальной культуры. Русский литературный язык как нормированная и обработанная форма общенародного языка Важнейшая функция языка - коммуникативная функция, т.е. функция общения Язык представлен в двух своих разновидностях...

Патристика и схоластика как этап в средневековой философии Основной задачей теологии является толкование Священного писания, доказательство существования Бога и формулировка догматов Церкви...

Виды сухожильных швов После выделения культи сухожилия и эвакуации гематомы приступают к восстановлению целостности сухожилия...

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм...

Философские школы эпохи эллинизма (неоплатонизм, эпикуреизм, стоицизм, скептицизм). Эпоха эллинизма со времени походов Александра Македонского, в результате которых была образована гигантская империя от Индии на востоке до Греции и Македонии на западе...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия