шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН. 59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона

Название	59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона
Анкор	шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
Дата	07.06.2018
Размер	405.11 Kb.
Формат файла
Имя файла	шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
Тип	Закон #20082
страница	5 из 6

1 2 3 4 5 6

94.Дифракційна решітка.Формула Вульфа-Бегга

Дифракційна ґратка — оптичний елемент з періодичною структурою, здатний впливати на поширення світлових хвиль так, що енергія хвилі, яка пройшла через ґратку, зосереджується в певних напрямках. Напрямки поширення цих пучків залежать від періоду ґратки та довжини світлових хвиль, тобто дифракційна ґратка працює як дисперсійний елемент. Монохроматичний світловий пучок, що падає на ґратку, теж розділиться на декілька пучків, які поширюються в різних напрямках. Дифракційні ґратки широко застосовуються у монохроматорах і спектрометрах. Найпростіша дифракційна ґратка — тонка скляна пластинка, на поверхні якої нанесено прямолінійні паралельні рівновіддалені штрихи, ширина та відстань між якими сумірні з довжиною хвилі світла. ринцип дії дифракційної ґратки ґрунтується на дифракції світлових хвиль, які взаємодіють із нею, та подальшій інтерференції цих дифрагованих хвиль.

Бреггівська дифракція - явище сильного розсіювання хвиль на періодичній ґратці розсіювачів при певних кутах падіння й довжинах хвиль.

Найпростіший випадок Бреггівської дифракції виникає при розсіюванні світла на дифракційній ґратці. Аналогічне явище спостерігається при розсіюванні рентгенівських променів, електронів, нейтронів тощо на кристалічній ґратці.

Інтенсивні піки розсіювання спостерігаються тоді, коли виконується умова Вульфа-Брегга:

$\mathbf{k} \cdot \mathbf{g} = \mathbf{g}^2/2$ ,

де $\mathbf{k}$ - хвильовий вектор, $\mathbf{g}$ - вектор оберненої ґратки, тобто, при умові, що розсіяна хвиля збігається за фазою з падаючою.

Для дифракційної ґратки з періодом d цю умову можна переписати у вигляді:

$2d \sin \theta = n \lambda \,$ ,

де θ - кут падіння, λ - довжина хвилі, n - ціле число, яке називається порядком дифракції. Ця ж формула справедлива для розсіювання хвиль на кристалі кубічної сингонії.
95.Застосування дифракції. Визначення довжини хвилі за допомогою дифракційної решітки.

Дифракція – відхилення світла від прямолінійного поширення при проходженні повз край перешкоди.

У результаті проходження світла через щілину її краї стануть джерелами вторинних когерентних хвиль, які, поширюючись, потраплять у геометричну тінь. Оскільки дані хвилі когерентні, на екрані відобразиться інтерференційна картина.

Виходячи з того, що чим більша кількість щілин, тим чіткішою є інтерференційна картина, на практиці використовують дифракційну решітку — послідовність однакових за шириною щілин, розташованих на однаковій відстані одна від одної.

Періодом решітки називають відстань, яка дорівнює сумі ширини непрозорої для світла ділянки і ширини щілини.

Умови спостереження дифракційного максимуму: добуток періоду решітки на синус кута відхилення променя дорівнює добутку довжини хвилі і цілого числа, яке характеризує порядок максимуму.

Застосування дифракції: визначення хімічного складу речовини, встановлення швидкості обертання, хімічного складу й температури зірок в астрономії.

Дифракційні ґратки застосовують для аналізу складного електромагнітного випромінювання за довжинами хвиль. За довжиною хвилі, яка входить до складу даного випромінювання, можна визначити хімічний склад речовини. За спектрами зірок астрономи визначають швидкість їх обертання, хімічний склад і температуру.

Сучасні високоякісні дифракційні ґратки виготовляють із застосуванням лазерних технологій.
96.Дисперсія світла.Аномальна та нормальна дисперсія.

Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі.

$k(\omega) = \frac{2\pi}{\lambda(\omega)} = n(\omega) \frac{\omega}{c}$ ,

де $k(\omega)$ - хвильове число, $\lambda(\omega)$ - довжина хвилі, $n(\omega)$ - показник заломлення, $\omega$ - циклічна частота, c - швидкість світла.

Відношення

$v_{ph} = \frac{\omega}{k} = \frac{c}{n}$

називають фазовою швидкістю.

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

При нормальній дисперсії червоне світло заломлюється слабше, ніж блакитне.
97.Поляризація світла.Поляризатори.Природне та поляризоване світло.

Явище інтерференції і дифракції світла підтверджують його хвильову природу. З хвильової точки зору пояснюють і явище поляризації, яке можна спостерігати тільки в поперечних хвилях. Світлову хвилю називають плоскополяризованою, якщо вектори напруженості електричного поля

і магнітного поля

в цій електромагнітній хвилі коливаються в певній площині. У природному світлі вектори

коливаються в довільних площинах, перпендикулярних до напряму поширення хвилі.

http://posibnyky.vntu.edu.ua/fizika/632_src/632_image006.jpg

Поляризатором називається пристрій, який перетворює природне світло в поляризоване. Поляризатори мають властивість пропускати світлові хвилі з коливаннями вектора

, який лежить тільки в одній площині .
Світло, у якому вектор

коливається тільки в одному напрямку називається пласко поляризованим світлом (або електромагнітною хвилею). Поляризованим називається світло, у якому напрямку коливання вектора

впорядковані яким-небудь образом.

Світло являє собою сумарне електромагнітне випромінювання безлічі атомів. Атоми випромінюють світлові хвиля незалежно друг від друга, тому світлова хвиля, випромінювана тілом у цілому, характеризується всілякими рівно імовірним коливаннями світлового вектора

.Світло із усілякими рівно імовірними орієнтаціями вектора називається природнім. Світло, у якому є переважний напрямок коливань вектора

й незначна амплітуда коливань вектора

в інших напрямках називається частково поляризованим. У пласко поляризованому світлі площина, у якій коливається вектор

,називається площиною поляризації, площина, у якій коливається вектор

,називається площиною коливань.
98. Теплове випромінювання

Теплове випромінювання — спільний процес конвекції і теплопровідності, при якій враховується температура всіх тіл, які мають температуру вище абсолютного нуля. Тобто це електромагнітне випромінювання з безперервним спектром, що випускається нагрітими тілами за рахунок їх теплової енергії., це є свічення тіл, зумовлене нагріванням.

Залежно від температури тіла, що випромінює, теплове випромінювання може належати до різних діапазонів згідно із законом зміщення Віна, але синонімом даного терміну часто називають інфрачервоне випромінювання. Характеристики теплового випромінювання (всі залежать від температури):

— енергетична світність тіла(інтегральна випромінювальна здатність)

— спектральна випромінювальна здатність

— інтегральна поглинальна здатність

— спектральна поглинальна здатність

Відношення випромінювальної здатності до поглинальної здатності тіла не залежить від природи тіла, є функцією довжини хвилі тіла і температури.

Чим більше тіло поглинає певного (електромагнітного)випромінювання, тим більше воно випромінює тих самих хвиль при тій самій температурі.Можна заставити тіло світитися, надаючи йому енергію нагріванням.Така ситуаціядозволяє підтримувати випромінювання незмінним, поповнюючи запас витраченої енергії відповідною кількістю тепла. Такий вид випромінювання називають тепловим. Воно має місце й при низьких температурах (наприклад, при кімнатних), однак в таких випадках випромінювання обмежується практично лише довгими інфрачервоними хвилями.Особливості теплового випромінювання дозволяють протиставити його решті видів випромінювання. Якщо помістити тіло в деяке середовище, то через деякий час між ними встановиться рівноважний стан, тобто з часом розподіл енергії між тілом і випромінюванням не змінюватиметься. Будь-яке порушення такої рівноваги знову призведе з часом до її встановлення.

99.Природа теплового випромінювання

Випромінювання (або випускання) електромагнітних хвиль речовиною відбувається через внутрішньоатомних (внутрішньомолекулярних) процесів.

Джерела енергій, які можуть викликати випромінювання і види виникає випромінювання:

- Енергія хімічних реакцій (хемілюмінесценція);

- Енергія газового розряду (електролюмінесценція);

- Енергія бомбардують тверде тіло електронів (катодолюмінесценцію).

Але існує один вид випромінювання, притаманний усім фізичним тілах.

Абсолютно чорне тіло - це тіло, яке при будь-якій температурі повністю поглинає всю енергію падаючих електромагнітних хвиль незалежно від їх частоти, поляризації та напрямку поширення, тобто коефіцієнти поглинання α0 ≡ ≡ 1. Іспускательной здатність чорного тіла позначається - .

Абсолютно чорного тіла в природі не існує; найбільш досконалої його моделлю є замкнута порожнина з невеликим отвором, непрозорими і відбивають стінками, забезпечують багаторазове відбиття променя. При кожному відбитті промінь частково поглинається. Незалежно від матеріалу стінок інтенсивність вихідного потоку буде набагато менше інтенсивності вхідного первісного випромінювання.

У теорії теплового випромінювання часто користуються ідеалізованою моделлю реальних тіл - поняттям "сіре тіло". Тіло називається "сірим", якщо його коефіцієнт поглинання однаковий для всіх частот і залежить тільки від температури матеріалу і стану його поверхні аωс = аωс (Т).

У дійсності реальне фізичне тіло за своїми характеристиками наближається до сірого тіла лише у вузькому діапазоні частот випромінювання.
100.Закони Кірхгофа.Стефана Больцмана та Віна,

Закон Кірхгофа стосується співвідношення між Е_ν,Т та А_ν,Т і має таке формулювання: відношення випромінювальної та поглинальної здатностей тіла не залежить від природи тіла. Отже, відношення

є універсальною для всіх тіл функцією частоти і температури, тоді як окремо її чисельник і знаменник можуть достатньо сильно змінюватися при переході від одного тіла до іншого.

Врахувавши той факт, що для абсолютно чорного тіла знаменник дорівнює одиниці, легко побачити, що універсальна функція Кірхгофа є випромінювальною здатністю абсолютно чорного тіла.

Закон Стефана-Больцмана дає залежність енергії випромінювання з одиниці площі поверхні в одиницю часу від ефективної температури тіла, що випромінює.

Загальна енергія теплового випромінювання визначається як:

$f=\sigma t^4\,\!$ ,

де

— потужність на одиницю площі поверхні випромінювання, а

$\sigma=\frac{2 \pi^5 k^4}{15 c^2 h^3} \simeq 5,6704\cdot10^{-8}$ Вт/(м²·К⁴) — стала Стефана—Больцмана.

Інтесивність випромінювання енергії абсолютно чорним тілом в залежності від частоти випромінювання визначається законом Планка як:

$b(\nu,t) =\frac{2 h\nu^{3}}{c^2}\frac{1}{ e^{\frac{h\nu}{kt}}-1},$

де

$b(\nu,t)d\nu \,$ становить кількість випроміненої енергії з одиниці площі поверхні в одиницю часу в одиницю тілесного кута на частоті ν абсолютно чорним тілом з температурою T
$h \,$ - стала Планка
$c \,$ - швидкість світла
$k \,$ - стала Больцмана.

Суть проблеми полягала в тому, що енергія осцилятора не може бути довільною – вона є квантованою, кратною величині hν, де h – деяка універсальна стала, чисельно рівна 6,626^.10^-34 Дж^.с, названа пізніше сталою Планка.

З врахуванням таких міркувань Планк отримав для закону Кірхгофа новий вираз:

. (15.7)

Формула (15.7), отримана Планком, дає чудові узгодження з результатами самих детальних експериментальних досліджень випромінювальної здатності чорного тіла, і, отже, є повним розв’язком задачі, поставленої Кірхгофом.
101.Пірометри.

Піро́метр — прилад для безконтактного вимірювання температури непрозорих тіл за їхнім випроміненням в оптичномудіапазоні спектра. Принцип дії полягає на вимірюванні потужності теплового випромінення об'єкта вимірювання.

Найпоширеніші оптичні пірометри, де інтенсивність випромінення розжареного тіла порівнюється спостерігачем з яскравістю нитки пірометричної лампи-еталона. Застосовують у металургії, хімії тощо.

Призначення — безконтактне вимірювання і контроль температури поверхонь різних об'єктів за їхнім тепловим випромінюванням.

Існує декілька типів пірометрів.

А. Радіаційні пірометри і радіаційна температура

- Кольорова температура і розподіл енергії у спектрі випромінюючого тіла

В. Яскравісна температура і пірометр зі зникаючою ниткою.
. Вважаючи сталі Больцмана і Віна надійно встановленими, можна за їх допомогою вимірювати температури, більші за ті, для яких вони були безпосередньо виміряні. Використання закону Больцмана дозволяє виміряти сумарне випромінювання, яке посилає тіло приймачеві, враховуючи величину тілесного кута випромінювання, втрати на відбивання і поглинання у приладі тощо. Будова цих так званих радіаційних пірометрів зводиться до можливості проектувати зображення джерела на приймач апарата так, щоб приймач завжди був покритий зображенням джерела, і випромінювання входило у прилад під постійним тілесним кутом, визначеним будовою самого приладу.

1 2 3 4 5 6