Лекция 8 Тепловое излучение и квантовая гипотеза

Лекция № 8 Тепловое излучение и квантовая гипотеза.

Тепловое равновесное излучение Это электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и оптических свойств этого тела.

Эксперименты показывают, что тепловое излучение имеет непрерывный спектр. Это означает, что нагретое тело испускает некоторое количество энергии излучения в любом диапазоне частот или длин волн.

Если излучение батареи центрального отопления (350 К) имеет пик энергии в диапазоне невидимого инфракрасного излучения то раскаленная поверхность Солнца (6000 К) излучает значительную часть энергии в диапазоне видимого света а при ядерном взрыве (1000000 К) большая доля энергии взрыва уносится коротковолновыми рентгеновским и гамма- излучением.

Необходимая энергия сообщается нагреванием, т. е. подводом тепла, излучение называется тепловым или температурным. Этот вид излучения в отличие от всех других видов люминесценции, может находиться в состоянии термодинамического равновесия с нагретыми телами.

Тела обмениваются энергией только путем испускания и поглощения лучистой энергии По истечение некоторого времени все три тела будут иметь одинаковую температуру, равную температуре стенки.

Абсолютно чёрное тело — физическая абстракция, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Модель абсолютно черного тела Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце.

Поглощательная способность

1 - абсолютно черное тело 2 - серое тело 3 - реальное тело

Закон Кирхгофа Равновесие в системе может установиться только в том случае, если каждое тело будет излучать в единицу времени столько же энергии, сколько оно поглощает. Это означает, что тела, интенсивнее поглощающие излучение какой-либо частоты, будут это излучение интенсивнее и испускать.

Излучение абсолютно черного тела имеет универсальный характер в теории теплового излучения. 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.

Общая формула Вина

Закон смещения Вина

Закон Стефана-Больцмана

Формула Рэлея-Джинса и ультрафиолетовая катастрофа

Распределение М. Планка Решить задачу о спектральном распределении излучения абсолютно черного тела в рамках существующих теорий невозможно. Эта задача была успешно решена М. Планком на основе новой идеи, чуждой классической физике. Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а конечными порциями – квантами.