Презентация на тему "Тепловое излучение"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Тепловое излучение

  Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения атомов вещества и свойственно всем телом, нагретым свыше 0 K. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких инфракрасные. Тепловое излучение - единственный вид излучения, который может быть равновесным

• 
  Слайд 2

  Характеристики теплового излучения

  Ф – полный поток излучения – энергия всех электромагнитных волн, протекающих за единицу времени, через рассматриваемую площадь S.

• 
  Слайд 3
  

  Пусть на тело падает поток излучения Ф, часть потока отразится, часть поглотится, Разделим обе части на Ф. поглощательная способность или коэффициент поглощения. коэффициент отражения или отражательная способность.

• 
  Слайд 4
  

  пропускная способность или коэффициент пропускания. если тело непрозрачное, то Опыт показывает, что все коэффициенты зависят от и температуры. Для монохроматического излучения эти коэффициенты называются спектральными.Тело, которое поглощает все падающее на него излучения любой длины волны при любой температуре называется АЧТ (абсолютно черное тело). Пример: сажа, черный бархат.

• 
  Слайд 5

  Имеется модель АЧТ. Это плоскость с маленьким отверстием величиной d.

  Тело, которое не поглощает, а отражает все падающее на него излучения называется АБТ (абсолютно белым телом)

• 
  Слайд 6
  

  Тело, поглощательная способность которого одинакова для всех волн называется серым телом.

• 
  Слайд 7
  

  2) Энергетическая светимость тела Энергия, излученная с единицы поверхности нагретого тела в единицу времени по всем видам волн при заданной температуре 3) Спектральная плотность энергетической светимости. Энергия, излученная с единицы поверхности в единицу времени в единичном интервале длин волн вблизи определенной длины волны при данной температуре

• 
  Слайд 8
  

  Законы теплового излучения. Закон Кирхгофа Опираясь на 2 начало термодинамики и анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе Кирхгоф установил количественную связь между энергетической светимостью тела и спектральной поглощательной способностью. (RT /α)1 = (RT /α)2 =Rэ Закон Кирхгофа: отношение энергетической светимости тела к коэффициенту поглощения αдля любых тел, есть величина постоянная, не зависящая от природы тел и равная энергетической светимости АЧТ при данной температуре Rэ.

• 
  Слайд 9
  

  Для спектральных величин: отношение спектральной плотности энергетической светимости и коэффициента поглощения для любых тел при одинаковой температуре для одной и той же  одинаково и не зависит от природы тел, это отношение равно спектральной плотности энергетической светимости АЧТ. Из выражения следует, что излучение, которое тело сильнее поглощает, сильнее и испускает. Для АЧТ =1, для других тел 

• 
  Слайд 10

  Законы излучения АЧТ

  АЧТ наиболее сильный излучатель Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость АЧТ пропорциональна T4 где -постоянная Стефана-Больцмана Энергия, излучаемая всей поверхностью тела за определенное время:

• 
  Слайд 11
  

  2) Закон смещения Вина: длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, обратно пропорциональна ее температуре. b – постоянная Вина, b=2,910-3[мК].

• 
  Слайд 12
  

  3) Второй закон Вина: максимум спектральной плотности энергетической светимости АЧТ тела увеличивается пропорционально пятой степени его температуры. c= 1,310-5 Дж/м2 с м К5- постоянная Вина Однако все эти законы не решают задачу о распределении энергии в спектре АЧТ по длинам волн.

• 
  Слайд 13

  Квантовая гипотеза. Формула Планка

  Строгая попытка теоретического вывода была сделана Рэлеем и Джинсом. Источником электромагнитных волн являются колеблющиеся атомы нагретого тела, которые являются гармоническими осцилляторами.

• 
  Слайд 14
  

  Это уравнение согласуется с экспериментом в области больших длин волн и высоких температур. В области коротких длин волн формула Рэлея-Джинса резко расходится с экспериментом и законами смещения Вина.

• 
  Слайд 15
  

  Попытка получить закон Стефана-Больцмана из данной формулы приводит к абсурду. этот результат назвали ультрафиолетовой катастрофой. Таким образом, в рамках классической физики не удалось объяснить закон распределения энергии в спектре излучения АЧТ. Электромагнитная теория оказалась не применимой. Формула Планка и ее следствия В 1900 году Макс Планк высказал гипотезу, что поглощение и испускание энергии возможно только отдельными порциями, которые получили название квантов энергии.

• 
  Слайд 16
  

  h=6.62*10 -34 постоянная Планка Излучение нагретого тела – это поток локализованных в пространстве дискретных квантов, движущихся со скоростью света. Кванты электромагнитного излучения называются фотонами. Фотон – это элементарная частица, всегда движущаяся со скоростью света, имеющая массу покоя равную нулю.

• 
  Слайд 17
  

  Согласно гипотезе Планка атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно (в классической механике), а отдельными порциями 

• 
  Слайд 18
  

  Если Te0=1 При уменьшении частоты

• 
  Слайд 19

  Оптическая пирометрия

  Это совокупность методов измерения высоких температур, основанных на законах теплового излучения. 1) Радиационная температура Тр. Основа на законе Стефана- Больцмана. Измеряется температура при которой энергетическая светимость АЧТ равна энергетической светимости исследуемого тела.

• 
  Слайд 20
  

  если тело не черное, то вводится некоторый коэффициент k

• 
  Слайд 21

  3)Яркостная температура Тя

  Температура АЧТ, при которой для определенной длине волны спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела. по закону Кирхгофа запишем

• 
  Слайд 22
  

  Пример использования: пирометр с исчезающей нитью. Некая нить пирометра выбирается так, чтобы выполнялось условие(*). Изображение нити пирометра при данной температуре, становится неразличимым на фоне поверхности раскаленного тела. Т.к. α