Дайындаған: Туребаева Г. Б. 2023 1-дәріс. Магнит өрісі Дәріс жоспары
жүктеу/скачать 1,29 Mb.
|
Лекционный комплек Ф-2
- Бұл бет үшін навигация:
- Кирхгоф заңы
| Дененің сәулелену спектрі
Темпера туралары обсалюттік нолден жоғары барлық денелер толық спектрлі интервалда электромагниттік толқын шығарады. Бірақ сәулеленудің спектрлік максимумы төменгі жиілік аралығында орналасқан. Дененің температурасын жоғарылытқанда сәулеленудің спектрлік максимумы жоғары жиілікке ауысады. Бұл эксперименттік фактілер XIX ғасырдың аяғында ғана белгілі болды, дегенмен теориялық түрде түсіндіру және этектромагниттік толқынның сәулелену процесін суреттеу қиынға түсті. Шынымен де, егер электрондар орбита бойымен ядроны айналып жүретін атомның планеталық моделін құрса, онда центрге тартқыш үдеу заңы бойынша электрондар үздіксіз сәулеленіп тұру керек. Энергиясы азайып ядроға барып құлау керек.Дегенмен заттың атомдары тұрақты болғандықтан олардың сәулелік спектрі үздіксіз және дискретті (сызықтық). Элементтердің атомдар жиынтығы, молекулалар мен иондық кристалдар жиынтығы атомдардың әртүрлі жиіліктегі түрлі толқын шығаруының нәтижесінде жылулық сәуле шығару кезінде тұтас спекр береді. Кирхгоф заңы Кирхгоф 1859 жылы сәулелену мен жұту заңдарының байланысын тапты: сәулелену және жұтылу дененің табиғатына тәуелді емес, ол барлық денелер үшін жиілік пен температураның универсалды функциясы болып табылады. Бұған келесі тәжірибе арқылы көз жеткізуге болады. Тұрақты Т температураны ұстап тұратын жабық қабықшаның ішінде бірнеше дене орналастырылған(1,3 сурет). Қабықшадағы ауа сорылып алынған, денелер тек қана электромагниттік толқындар жібергенде ғана бір бірімен энергия алмаса алады. Мұндай жүйе біраз уақыттан соң жылулық тепе теңдік күйге келеді, яғни барлық денелердің температуралары қабықшаның Т температурасымен теңеледі. Мұндай жоғары жылу шығаратын rwТ, дене аз жалу шығаратын rwТ. денеге қарағанда уақыт бойынша энергиясын көп жоғалтады. Демек дене теппературасы (яғни энергиясы) өзгермейді, яғни көп энергия шығаратын дене, соншалықты энергия жұту керек аwт . 1,2,3... индекстері дене санына байланысты. Кирхгоф пайымдауынша бұл қатынас келесідей бейнеленеді: шығару және жұту қатынасы дене табиғатына тәуелді емес, ол барлық денелер үшін жиілік функциясы (толқын ұзындығы) және температура бойыншабірдей (универсалды): (1.7) Жеке алынған және мөлшерленрі бір денеден екінші денеге ауысқанда өте қатты өзгеріске ұшырауы мүмкін.Бұл дегеніміз, қандай да бір сәулені жұтатын дене сол сәулені күштірек шығалады деген сөз. Абсолют қара дене үшін аwТ º 1. Осыдан мөлшер мәні түсінікті болады f(w,Т): Абсолют қара дененің шығару қабілеттілігі Кирхгофтың универсалды функциясы f(w,Т) болып табылады. Теориялық зерттеулерде тепе тең күйдегі жылулық сәулеленудің спектрлік құрамын суреттеу үшін жиілік функциясын қолданған қолайлы. Ал эксперименттік зерттеулерде толқынның ұзындық функциясын - қолданған қолайлы. Бұл екі функция бір бірімен формула бойынша байланысты: Кирхгоф заңы бойынша мұндай құрылғының шығару қабілеттілігі f (со, Т)ке өте жақын, Т қуыс қабырғаларының мәні. Осылайша егер қуыс қабырғаларын әлдебір Т температурада біраз уақыт ұстасақ, онда оның тесігінен спектрлік құрамы жағынан абсолют қара денеге ұқсас сәуле шығады.Бұл сәулені дифракциялық тор көмегімен спектрге бөліп, спектрдің әр аймағының күшеюін өлшеп, f(со, Т) немесе φ (λ, Т) функцияларының эксперименттік түрін табуға болады.Осындай тәжірибелер нәтижесі 1.4 суретте көрсетілген. Қисық сызықтар абсолют қара дененің температура Т көрсеткіші.Қисық сызық алып жатқан аймақ абсолют қара дененің осы температурада энергетикалық жарықтануын көрсетеді.1.4 суреттің қисық сызықтары газ молекулаларының жылдамқық бойынша орналасу сызығына өте ұқсас.Бірақ маңызды айырмашылық бар. 1.4 сурет. Жылулық сәуле шығару, түрлі температура кезінде қарқынды күшеюдің жиілікке тәуелділігі. Түрлі температурадағы жылдамдықтар бойынша орналасқан қисық сызықтар бір бірімен қиылысады (олардың алып жатқан аймақтары бірдей), Абсолют қара дененің сәулеленуінің спектрлік қисығы төмен температура үшін жоғары температураға сәйкес тұтастай ішкі аймақта жатады. 1.4 суреттен аңғаратынымыз, абсолют қара дененің энергетикалық жарықтануы температура бойынша қатты жоғарылайды. Температураның жоғарылауына сәйкес шығару қабілеттілігі неғұрлым қысқа толқындар жаққа қарай ығысады. Абсолютті қара дене (А.Қ.Д) сәулеленуінің теориялық түсінігі физика тарихында орасан зор мағынаға ие болды- ол кванттық энергия түсінігіне әкелді. Бірақ көп уақыт бойы f(w,Т) функциясының теориялық түрін сансыз көп әрекеттері есептің жалпы шешімін таба алмады. Сонымен бірге эмпириалдық және жартыэмпириалдық маңызды заңдылықтар алынды. Стефан (1879) сұр денелерге арналған эксперименттің мәндерін талдай отырып, әрбір денеге Rэ ~ Т4 деп көрсеткен. Кейінгі дәлірек өлшеуді бұл арасалмақтың біраз ауытқуын ашып берді. Бірақ абсолютті қара денелерге арналған заңдылықтың расталуы Больцман (1884) алынды, ол негізгі термодинамикалық түсініктен келесі өрнекті алды: (1.11) мұнда Т – абсолюттік температура, s – Стефан – Больцман тұрақтысы, өйткені (1.11) арасалмағы Стефан – Больцман заңы деп аталды. Тұрақтының эксперименттік мәні: s = 5,7×10–8 Вт/м2×град4. жүктеу/скачать 1,29 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|