Физика. Механика Ю. И. Тюрин, И. П. Чернов, Ю. Ю. Крючков

У нас вы можете скачать книгу Физика. Механика Ю. И. Тюрин, И. П. Чернов, Ю. Ю. Крючков в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

Функция Гамильтона - Якоби Разделение переменных Теоретическая физика: Скобки Пуассона Канонические преобразования Теоретическая физика: Физика прочности и пластичности поверхностных слоёв твердого тела Физика - Новосибирский государственный технический университет НГТУ. Nikita-Koryuchkin 8 декабря г. Физика в Эстонии реферат по физике скачать бесплатно тарту струве бойле густавиан оптика астроном физическая механика годы Физика - Moscow State University.

Получите войдите в свой аккаунт в Docsity. Примером, демонстрирующим это свойство, является фотоэффект, квантовую теорию которого Эйнштейн разработал в г Корпускулярно-волновой дуализм света В конце XIX столетия казалось, что ответ на вопрос о природе света найден и доказан экспериментально: Волновая теория света объяснила явления интерференции, дифракции, поляризации и др.

Однако уже в начале XX в. Объяснение этих явлений на основе волновых представлений о природе света оказалось несостоятельным. Предсказания волновой теории света пришли в противоречие с наблюдаемыми в экспериментах закономерностями оптических явлений линейчатый спектр излучения атомов и молекул, распределение плотности энергии в спектре теплового излучения и т.

Эйнштейн выдвинул корпускулярную теорию света, которая, развивая идеи Ньютона о световых корпускулах, рассматривала свет как поток большого числа частиц, названных фотонами.

Фотонная теория света легко объяснила все качественные и количественные закономерности явлений квантовой оптики. Вместе с тем оказалось несостоятельным простое механическое объединение свойств волн и частиц в одном физическом объекте.

Объемная плотность энергии электромагнитного поля волны пропорциональна квадрату ее амплитуды и может изменяться непрерывно. В отличие от волны, фотон как световая частица в данный момент времени локализован вблизи некоторой точки и со временем перемещается в пространстве.

Световая энергия в такой модели изменяется дискретно, оставаясь кратной минимальной порции кванту энергии, которую несет одиночный фотон. Свет есть материальный, квантовый объект, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свойствами. В различных физических процессах эти свойства могут проявляться в различной степени.

В явлениях интерференции, дифракции, поляризации свет проявляет волновые свойства. В этих случаях следует рассматривать свет как электромагнитные волны.

В других оптических явлениях свет проявляет свои к о р - пускулярные свойства и тогда его следует представлять как поток фотонов. Оптический эксперимент можно организовать и таким образом, что свет проявит в нем как волновые, так и корпускулярные свойства. Например, в опыте Комптона свет ведет себя как поток фотонов, но в измерительном блоке это же излучение испытывает дифракцию на кристаллической решетке. Существуют оптические явления, которые могут быть объяснены качественно и количественно как волновой, так и корпускулярной теориями света.

Так, например, обе эти теории приводят к одинаковым соотношениям для давления, оказываемого светом при падении его на вещество. Это объясняется тем, что любая модель и волновая, и корпускулярная учитывает наличие у света таких материальных характеристик, как энергия, масса, импульс.

Свет обладает двойственной природой, получившей название корпускулярно-волнового дуализма света. С некоторыми объектами свет взаимодействует как волна, с другими подобно потоку частиц. И хотя эти картины даже противоположны друг другу, одна картина дополняет другую.

В физике свет оказался первым объектом, у которого была обнаружена двойственная, корпускулярно-волновая природа. Дальнейшее развитие физики значительно расширило класс таких объектов. Тепловое излучение Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны. Чем выше температура тела, тем более короткие волны оно испускает. Тело, находящееся в термодинамическом равновесии со своим излучением, называют абсолютно черным АЧТ.

Излучение абсолютно черного тела зависит только от его температуры. Понятие АЧТ введено в г. Kirchhoff , установившим связь между испускательными и поглощательными способностями тела, находящегося в равновесии с излучением при определенной температуре см. Абсолютно черное тело понятие теории теплового излучения, означающее тело, которое полностью поглощает любое падающее на его поверхность электромагнитное излучение, независимо от температуры этого тела.

Таким образом, для абсолютно черного тела АЧТ поглощательная способность отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения равна 1 при излучениях всех частот, направлений распространения и поляризаций. Плотность энергии и спектральный состав излучения, испускаемого единицей поверхности АЧТ, зависят только от его температуры, но не от природы излучающего вещества.

Излучение АЧТ подчиняется закону Планка. В нагретых телах часть внутренней энергии вещества может превращаться в энергию излучения. Это излучение называют т е п л о в ы м излучением. Тепловое излучение температурное излучение электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии в отличие, например, от люминесценции, которая возбуждается внешним источниками энергии.

Эксперименты показывают, что тепловое излучение возникает в условиях детального равновесия в веществе и имеет сплошной спектр, положение максимума которого зависит от температуры вещества. Это означает, что нагретое тело испускает некоторое количество энергии излучения в любом диапазоне частот или длин волн. Распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры тела.

При этом для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновый участок спектра, а общая энергия излучения возрастает.

Так, если излучение батареи центрального отопления T К имеет пик энергии в диапазоне невидимого инфракрасного излучения, то раскаленная поверхность Солнца Если несколько нагретых излучающих тел окружить идеально отражающей, непроницаемой для излучения оболочкой рис.. Это означает, что температуры всех тел выровняются, а распределение энергии между телами и излучением не будет изменяться со временем. Такое равновесное состояние системы устойчиво.

Термодинамическое равновесие установится и в полости, стенки которой выполнены из любого реального материала и поддерживаются при некоторой неизменной температуре. Излучение, находящееся в равновесии с излучающим телом, будем называть р а в н о в е с н ы м. Равновесному излучению можно сопоставить температуру тела, с которым оно находится в равновесии, распространив при этом законы равновесной термодинамики на тепловое излучение.

Это означает, что для равновесного теплового излучения можно определить и рассчитать внутреннюю энергию, давление, энтропию и другие термодинамические характеристики, которые не будут изменяться со временем.

Равновесное тепловое излучение однородно. Его плотность энергии одинакова во всех точках внутри полости, где оно заключено. Тепловое излучение изотропно и неполяризовано.

Оно содержит все возможные направления распространения и направления колебаний векторов E и B. Для описания спектрального состава теплового излучения рассмотрим энергию, излучаемую единицей поверхности нагретого тела в единицу времени в Энергию r, приходящуюся на единичный интервал частот, называют спектральной испускательной способностью тела или спектральной плотностью энергетической светимости.

Будем использовать принятое в теории теплового излучения обозначение: Спектральную испускательную способность тела в переменных и T можно легко представить в шкале длин волн и Т. Он лишь показывает, что с возрастанием длины волны частота убывает. Поскольку при переходе от кривой r,t к r,t используется нелинейное преобразование, то вид кривой трансформируется.

Поэтому не имеет смысла судить о максимуме энергии в спектре по кривой спектрального распределения. Это пример того, как вид спектральных кривых и положение максимумов на них зависят от системы координат, в которых они построены. Характеристикой процесса поглощения телами излучения служит спектральная поглощательная способность тела a,t. Поглощательная способность тела на частоте определяется как безразмерная величина: Спектральная поглощательная способность тела a,t зависит от частоты и температуры T.

По определению поглощательная способность тела не может быть больше единицы. При этом тело, у которого поглощательная способность меньше единицы и одинакова по всему диапазону частот, называют серым телом.

Особое место в теории теплового излучения занимает абсолют- но черное тело АЧТ. Кирхгоф назвал тело, у которого на всех частотах и при любых температурах поглощательная способность равна единице a,t 1.

Реальное тело всегда отражает часть энергии падающего на него излучения рис.. Даже сажа приближается по свойствам к абсолютно черному телу лишь в оптическом диапазоне. Спектральная поглощательная способность тела: И хотя в природе нет абсолютно черного тела, достаточно просто реализовать модель, для которой поглощательная способность на всех частотах будет пренебрежимо мало отличаться от единицы.

Абсолютно черное тело можно представить в виде замкнутой полости рис.. Полость может иметь произвольную форму и изготавливаться из любого материала. Малое отверстие почти полностью поглощает падающее на него излучение. С уменьшением размера отверстия его поглощательная способность стремится к единице. Излучение через отверстие попадает на стенки полости, частично поглощаясь ими. При малых размерах отверстия луч должен претерпеть множество отражений, прежде чем он сможет выйти из отверстия, то есть, формально, отразиться от него.

При многократных повторных переотражениях излучение, попавшее в полость, практически полностью поглотится. Внутри полости устанавливается практически полное равновесие излучения с веществом, и плотность энергии выходящего из отверстия излучения очень мало отличается от равновесной.

Поэтому малому отверстию и приписывается свойство абсолютно черного тела. Подобные устройства, с высокой точностью моделирующие АЧТ, применяют в качестве световых эталонов, используют при измерениях высоких температур.

Модель абсолютно чёрного тела: Результаты таких экспериментов при различных значениях температуры приведены на рис.. Между испускательными и поглощательными свойствами любого тела должна существовать связь. В опыте с равновесным тепловым излучением см.

Этот закон теплового излучения закон Кирхгофа установлен в г. Кирхгофом при рассмотрении термодинамических закономерностей равновесных систем с излучением. Принцип детального равновесия является следствием основных принципов квантовой механики, в частности симметрии квантовых уравнений движения относительно обращения времени. В теории теплового излучения характеристики абсолютно черного тела имеют универсальный характер.

Реальное тело излучает при любой температуре всегда меньше энергии, чем абсолютно черное тело. Зная испускательную способность абсолютно черного тела универсальную функцию Кирхгофа и поглощательную способность реального тела, из закона Кирхгофа можно определить энергию, излучаемую этим телом в любом диапазоне частот или длин волн. Стефан и теоретические г. Больцман исследования позволили установить, что энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры: Для реальных тел закон Стефана Больцмана выполняется лишь качественно, то есть с ростом температуры энергетические светимости всех тел увеличиваются.

Значения А Т, в общем случае зависящие от температуры, известны для многих технически важных материалов. Для реальных нечерных тел можно ввести понятие эффективной радиационной температуры Т р, которая определяется как температура абсолютно черного тела, имеющего такую же энергетическую светимость, что и реальное тело. Радиационная температура тела Т р всегда меньше истинной температуры тела Т. Следовательно, T T A T 4 p. Для оценки энергии излучения, попавшего на приемник, обычно используются металлические или полупроводниковые болометры или термоэлементы.

Действие болометров основано на изменении электрического сопротивления металла или полупроводника при изменении температуры, вызванном поглощением падающего потока излучения.

Изменение температуры поглощающей поверхности термоэлементов приводит к появлению в них термоэдс. Устройство радиационного пирометра Показание прибора, подсоединенного к болометру или термоэлементу, оказывается пропорциональным энергии излучения, попавшей на приемник пирометра.

Проградуировав предварительно пирометр по излучению эталона абсолютно черного тела при различных температурах, можно по шкале прибора измерять радиационные температуры различных нагретых тел.

Вин теоретически рассмотрел термодинамический процесс сжатия излучения, заключенного в полости с идеально зеркальными стенками. Вин сформулировал закон теплового излучения закон смещения Вина, согласно которому длина волны m, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Этот закон можно записать в виде b m. T Значение постоянной Вина равно: Закон смещения Вина показывает, что при повышении температуры абсолютно черного тела положение максимума его испускательной способности смещается в область коротких длин волн.

Результаты экспериментов приведены на рис.. Для реальных тел закон Вина выполняется лишь качественно. С ростом температуры любого тела длина волны, вблизи которой тело излучает больше всего энергии, также смещается в сторону коротких длин волн. Классическая теория теплового излучения Ультрафиолетовая катастрофа Объемная спектральная плотность энергии равновесного излучения. Предположим, что полость с идеально отражающими стенками имеет форму куба с ребром.

Поместим в эту полость малое по размерам абсолютно черное тело, имеющее температуру T. За счет испускания и поглощения электромагнитных волн этим телом полость равномерно заполнится равновесным тепловым излучением с определенной объемной спектральной плотностью энергии u ,t , зависящей от температуры. Функция u,t u ,t определяет объемную плотность энергии излучения, приходящуюся на единичный интервал частот вблизи частоты.

Интегральную объемную плотность энергии теплового излучения можно представить в виде ut u, Td. Рассмотрим излучение вблизи элементарной площадки S, выделенной на поверхности абсолютно черного тела рис.. Тепловое излучение в любой точке пространства вблизи выделенной площадки равномерно распределено по всевозможным направлениям в пределах телесного угла 4.

Излучение вблизи элементарной площадки S на поверхности абсолютно чёрного тела 7. Этот поток энергии, по определению, есть энергетическая светимость абсолютно черного тела. При расчетах ограничимся рассмотрением излучения, распространяющегося в направлении, перпендикулярном поверхности слоя. До выхода с поверхности слоя это излучение проходит слой поглощающего вещества толщиной х. Планка, волновой механики Э. Билеты к экзамену по курсу "Атомная физика" 2 поток, Билет 1 1.

Мы используем куки для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать данный сайт, вы соглашаетесь с этим. Другие книги схожей тематики: Физика Механика Учебник Курс лекций по физике для студентов технических университетов, читаемый авторами в течение многих лет студентам Томского политехнического университета, включаетклассическую и релятивистскую механику… — Лань Спб, формат: Твердая бумажная, стр.

ФГОС Учебник полностью соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта, рекомендован Министерством образования и науки Российской Федерации. Включен в Федеральный… — Дрофа, Вертикаль. Включен в Федеральный… — Дрофа, формат: Учебник Учебник полностью соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта, рекомендован Министерством образования и науки Российской Федерации. Твердая глянцевая, стр.

Физика У Подробнее Учебник В учебнике на современном уровне изложены основные разделы физики.

© Крушина - дерево хрупкое Валентин Сафонов 2018. Powered by WordPress