Методичка по квантовой физике. Методичка по квантовой физике целиком. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка

• Название: Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка
• Анкор: Методичка по квантовой физике
• Дата: 27.10.2019
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: Методичка по квантовой физике целиком.docx
• Тип: Методическое пособие; #92140
• страница: 3 из 14

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 , а какой-либо другой?

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

, (1)

где dΦ - поток энергии, излучаемый площадкой dS тела при заданной температуре T во всем диапазоне длин волн от нуля до бесконечности.

Излучательная способность

, (2)

где dΦ_λ- поток энергии, излучаемый площадкой dS тела при заданной темпе­ратуре T в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ; dE_λ - доля интегральной свети­мости, приходящаяся на указанный диапазон длин волн при данной темпера­туре T. Из последнего соотношения следует, что

. (3)

С тепловым излучением связано поглощение телом электромагнитной энергии. Для характеристики этого явления вводится поглощательная способность

, (4)

где dΦ_λ - поток электромагнитной энергии, падающий на площадку dS в диапазоне длин волн от λ до λ+dλ, dΦ′ - поглощенная доля этого потока. Очевидно, что

. (5)

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:

. (6)

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 является излучательной способностью абсолютно черного тела.

Знание функции позволяет получить наиболее важные законы излучения абсолютно черного тела. Согласно закону Стефана-Больцмана интегральная светимость R(T) абсолютно черного тела пропорциональна температуре в четвертой степени:

(7)

Коэффициент пропорциональности σ = 5,67 10^-8 Вт/(м²К⁴) называется посто­янной Стефана-Больцмана. Согласно закону смещения Вина

, (8)

где λ_m - длина волны, соответствующая максимуму излучательной способно­сти абсолютно черного тела при данной температуре T, b = 2,9 10^-3 м К – постоянная Вина.

Для нечерного тела закон интегральной светимости может быть записан в виде

, (9)

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

. (10)

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.