Білім беру бағдарламасы студенттеріне арналған дәрістер жинағы Шымкент 2021

Дәріс №11. Электрмагниттік сәуле шығарудың кванттық табиғаты

жүктеу/скачать 0,79 Mb. бет 15/41 Дата 14.05.2022 өлшемі 0,79 Mb. #143342 түрі Білім беру бағдарламасы

Дәріс №11. Электрмагниттік сәуле шығарудың кванттық табиғаты. Жылулық сәуле шығару Физика классикалық және кванттық физика болып бөлінеді. 1900 жылы М. Планк кванттар жайлы болжамды тұжырымдады. 1926 жылы микроәлем физикасының теориясы жасалды. 8.1 Жылулық сәуле шығарудың сипаттамалары мен қасиеттері Жылулық сәуле шығару дегеніміз заттың ішкі энергиясы (атомдар мен молекулалардың жылулық қозғалысының энергиясы) өзгергенде шығарылатын электрмагниттік сәуле шығару. Температурасы абсолюттік нөлден жоғары кез келген агрегаттық күйдегі барлық денелер жылулық сәуле шығарады. Жылулық сәуле шығару қарқындылығы мен оның спектрлік құрамы сәуле шығаратын дененің оптикалық қасиеттері мен температурасына тәуелді. Қалыпты температурада барлық денелер көрінбейтін инфрақызыл толқындар шығарады, ал жоғары температурада (1000 К шамасында) жарқырай бастайды (қызыл жарқырау). 2000 К-нен жоғары температурада сары және ақшыл жарық шығарады. Жылулық сәуле шығару үшін жарық сәулелерінің таралу, шағылу, сыну заңдары орындалады. Жылулық сәуле шығару – затпен термодинамикалық тепе теңдікте бола алатын жалғыз сәуле шығару. Егер қыздырылған денені қабырғасы жылу өткізбейтін қуысқа орналастырсақ, онда біраз уақыт өткеннен кейін статистикалық тепе теңдік 52 орнайды: дене бірлік уақытта қанша энергия шығарса, сонша энергия қабылдайды. Бұл кезде дене мен сәуле шығару арасындағы энергияның үлестірілуі әрбір толқын ұзындығы үшін өзгеріссіз қалады, ал дене мен қабырға арасындағы кеңістіктегі сәуле шығару тығыздығы берілген температураға сәйкес белгілі бір мәнге жетеді. Қыздырылған денемен статистикалық тепе-теңдікте болатын қуыстағы сәуле шығару тепе-теңдіктегі жылулық сәуле шығару деп аталады. Кез келген басқа сәуле шығару статистикалық тепе теңдікте болмайды. Себебі олар атомдардың хаостық жылулық қозғалысына тәуелді емес. Жылулық емес сәуле шығару тепе тең емес. Жылулық сәуле шығарудың спектрі кейбір жиіліктегі қарқындылығы максимум болатын тұтас спектр. Кез келген дененің жылулық сәуле шығаруы төмендегі шамалармен сипатталады. Энергиялық жарқырау RT – сәуле шығаратын дененің бірлік бетінен барлық бағытта ( 4 бұрыш шамасына) шығарылатын толық энергия ағынына тең шама: dS dФ RT  . (8.1) Дененің бірлік бетінен d жиілік интервалында шығарылатын энергия ағынының бөлігі дененің сәуле шығару қабілеті T r, деп аталады: dR,T  r,T d . (8.2) Сәуле шығару қабілеті сәуле шығарудың энергиясының жиілікке тәуелді үлестірілу функциясы болып табылады. Энергетикалық жарқырау мен сәуле шығару қабілеті бір-бірімен байланысты:    0 RT r ,T d . (8.3) Енді дене бетінің dS ауданына d,T сәуле ағыны түссін. Осы ағынның бір бөлігін ' d,T дене жұтады, екінші бөлігі " d,T шағылады. Шағылған энергияны өлшемсіз b,T шағылдыру қабілеті деп аталатын шамамен сипаттайды. Ал жұтылған энергияны дененің жұтқыштың қабілеті a,T шамасымен сипаттайды: Т T T dФ dФ a , , ,      , Т T T dФ dФ в , , ,      . (8.4) Онда: 53 a,T  в,Т 1 . (8.5) Егер дене түскен сәулелік энергияны толығымен жұтатын болса, мұндай дене абсолют қара дене деп аталады. Барлық жиілікте абсолют қара дене үшін: а,T 1, b,T  0 . Абсолюттік қара дененің мысалы – кішкене тесігі бар үлкен қуыс дене. Осындай қуыс ішіне енген сәуле оның қабырғасының ішкі бетінен сан рет шағылып, сәуле ең соңында толығымен жұтылады (8.1 сурет). Мөлдір емес дененің сәуле шығарғыштың және жұтқыштың қабілеттері арасында мынадай байланыс бар (8.6) Бұл заңды 1859 жылы Г.Кирхгоф тағайындады. Сондықтан Кирхгоф заңы деп аталады. Денелердің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығының оның жұтқыштық қабілетіне тәуелділігі дене материалына тәуелсіз және барлық денелер үшін бірдей, ол температура мен жиіліктің функциясы болып табылды. f ,T  функциясы Кирхгоф функциясы деп аталады. (8.6) формуладан көріп тұрғанымыздай, бірдей температурада кез келген дененің сәуле шығарғыштық қабілеті абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетінен үлкен болмайды. 8.2 Абсолют қара дененің сәуле шығару заңдары Абсолют қара дененің жылулық сәуле шығаруын эксперимент жүзінде зерттегенде f ,T  тәуелділігінің температураға тәуелді екені анықталды (8.1 сурет). Суреттен көрініп тұрғандай, абсолют дененің сәуле шығарғыштық қабілеті температура жоғарылаған сайын күшейе түседі. Температура жоғарылағанда дене қатты қызып, оның түсі қызғылт болады. Температураны одан ары жоғарылатқанда бірте-бірте ақ түске айналады. Температура өскенде сәуле шығару қабілетінің максимумы жоғары жиіліктер аймағына қарай ығысады: ωm 1< ωm 2 жүктеу/скачать 0,79 Mb. Достарыңызбен бөлісу: