Методичка по квантовой физике. Методичка по квантовой физике целиком. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка
![]()
|
Контрольные вопросы. 1. В чем состоит принцип измерения постоянной Планка в данной лабораторной работе? 2. Каков принцип работы призменного спектрометра? 3. Зачем кроме непрерывного спектра излучения используется линейчатый спектр, даваемый парами ртути? 4. Что такое ”градуировочная кривая”? 5. Можно ли в качестве диссоциируемого водного раствора использовать не раствор 6. В чем состоит метод линейной интерполяции? 7. Как по градуировочной кривой оценить погрешность измерения длины волны, соответствующей границе спектра поглощения ? Лабораторная работа 6.3 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ИНТЕГРАЛЬНОЙ СВЕТИМОСТИ НАГРЕТОГО ТЕЛА Цель работы Изучение одного из основных законов теплового излучения – закона интегральной светимости. Введение Тепловое излучение – это излучение электромагнитной энергии, обусловленное нагреванием тела. Для описания этого явления вводятся следующие величины. Интегральная светимость где dΦ - поток энергии, излучаемый площадкой dS тела при заданной температуре T во всем диапазоне длин волн от нуля до бесконечности. Излучательная способность где dΦλ- поток энергии, излучаемый площадкой dS тела при заданной температуре T в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ; dEλ - доля интегральной светимости, приходящаяся на указанный диапазон длин волн при данной температуре T. Из последнего соотношения следует, что С тепловым излучением связано поглощение телом электромагнитной энергии. Для характеристики этого явления вводится поглощательная способность где dΦλ - поток электромагнитной энергии, падающий на площадку dS в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ, dΦ′ - поглощенная доля этого потока. Очевидно, что Тело, для которого a не зависит от длины волны λ, называется серым. Тело, для которого a = 1, называется абсолютно черным. Тепловое излучение – единственный вид излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими телами. Такое равновесное излучение можно реализовать, если, например, излучающие тела поместить внутрь идеально отражающей замкнутой полости. Тогда температура всех тел выровняется, поток энергии, излучаемый каждым телом, становится равным потоку, поглощаемому этим телом, а плотность потока излучения одинакова во всех точках полости между телами. Явления теплового излучения и поглощения связаны законом Кирхгофа: Согласно этому закону отношении излучательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела, а является функцией длины волны и температуры, одинаковой для всех тел. Очевидно, что вышеуказанная функция Знание функции Коэффициент пропорциональности σ = 5,67 10-8 Вт/(м2К4) называется постоянной Стефана-Больцмана. Согласно закону смещения Вина где λm - длина волны, соответствующая максимуму излучательной способности Для нечерного тела закон интегральной светимости может быть записан в виде где величина A(T) называется степенью черноты тела (интегральной лучепоглощательной способностью). Она характеризует отличие рассматриваемого тела от абсолютно черного. Используя формулу (3) и равенство (6), получаем Из неравенства (5) и равенства (10) следует, что 0 ≤ A(T) ≤ 1, причем A(T) = 1 только для абсолютно черного тела. Отсюда следует, что при заданной температуре абсолютно черное тело излучает с единицы поверхности большую мощность, чем любое другое другое тело. Первое из равенств (10) раскрывает физический смысл A(T): эта величина равна отношению потока энергии, излученного единицей поверхности данного тела при некоторой температуре, к потоку энергии, излученному единицей поверхности абсолютно черного тела при той же температуре. Одновременно величине A(T) можно приписать также следующий физический смысл: она равна отношению потока энергии, поглощаемого единицей поверхности тела при данной температуре, к потоку, падающему на единицу его поверхности при тепловом равновесии при этой же температуре. Действительно, величина E(T), стоящая в числителе равенства (10), равна поглощаемому единицей поверхности тела потоку, так как в состоянии теплового равновесия излучаемый поток равен поглощаемому потоку. Величина R(T), стоящая в знаменателе равенства (10), равна падающему на единицу поверхности тела потоку, так как поток R(T), излучаемый единицей поверхности абсолютно черного тела равен потоку, падающему на единицу поверхности этого тела, а последний в состоянии теплового равновесия одинаков для всех тел. |