Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Энергетика Абсолютно черное тело
просмотров - 358

Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока. Существует несколько способов получения поляризованного света.

1)Поляризация при помощи поляроидов. Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислогонодхинина. Применение полярой^ дов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.

2)Поляризация посредством отражения. В случае если естественный луч света падает на черную полированную поверх ность, то отраженный луч оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком.

Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Важно заметить, что для стекла угол падения равен 57°.

3)Поляризация посредством п р е л о м л е н и я. Световой луч поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°.

Оптическая активность, способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света).

угол j поворота плоскости поляризации линœейно зависит от толщины l слоя активного вещества (или его раствора) и концентрации с этого вещества — j = [a] lc (коэффициент [a] принято называть удельной О. а.); 2) поворот в данной среде происходит либо по часовой стрелке (j > 0), либо против неё (j < 0), если смотреть навстречу ходу лучей света

43. Рассеяние света͵ изменение характеристик потока оптического излучения (света) при его взаимодействии с веществом. Этими характеристиками бывают пространственное распределœение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Часто Р. с. принято называть только обусловленное пространственной неоднородностью среды изменение направления распространения света͵ воспринимаемое как несобственное свечение среды.

РАССЕЯНИЯПОКАЗАТЕЛЬ , величина, обратная расстоянию, на котором поток излучения, образующего параллельный световой пучок, ослабляется в результате рассеяния в среде в 10 раз или в е раз.

Рэлея закон, гласит, что интенсивность I рассеиваемого средой света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны l падающего света (I ~ l-4) в случае, когда среда состоит из частиц-диэлектриков, размеры которых много меньше l. Iрасс~1/ 4

44.Поглощение света͵ уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой. Световая энергия при П. с. переходит в различные формы внутренней энергии среды или оптическое излучниедр состава; она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения.

Закон Бугера.Физический смысл в том, что сам процесс потери фотонов пучка в среде не зависит от их плотности в световом пучке,ᴛ.ᴇ. от интенсивности света и от полудлины I.

I=I0 exp(λl);l – длина волн,λ- показатель поглощения, I0 – интенсивность поглощающего пучка.

Бугера — Ламберта — Бера закон, определяет постепенное ослабление параллельного монохроматического (одноцветного) пучка света при распространении его в поглощающем веществе. В случае если мощность пучка, вошедшего в слой вещества толщиной l, равна Io, то, согласно Б.—Л.—Б. з., мощность пучка при выходе из слоя

I (l) = Ioe- ccl,

где c — удельный показатель поглощения света͵ рассчитанный на единицу концентрации с вещества, определяющего поглощение;

Поглощения показатель (kl), величина, обратная расстоянию, на котором монохроматический поток излучения частоты n, образующий параллельный пучок, ослабляется за счёт поглощения в веществе в е раз или в 10 раз. Измеряется в см-1 или м-1. В спектроскопии и некоторых др. отраслях прикладной оптики термином "П. п." по традиции пользуются для обозначения коэффициента поглощения.

Молярный показатель поглощения

Коэффициент пропускания – отношение потока излучения, прошедшего через среду, к потоку,упавшему на ее поверхность . t = Ф/Ф0

Оптическая плотность – мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей D = lg(-F0/F)

Прозра́чность среды́ — отношение величины потока излучения, прошедшего без изменения направления через слой среды единичной толщины к величинœе падающего потока (то есть без учёта эффектов рассеивания и влияния эффектов на поверхностях раздела).

45.Теплово́еизлуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

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

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры

— для серого тела

СЕРОЕ ТЕЛО - тело, поглощения коэффициент к-рого меньше 1 и не зависит от длины волны излучения и абс. темп-рыТ. Коэф. поглощения (наз. также коэф. черноты С. т.) всœех реальных тел зависит от (селœективное поглощение) и Т, в связи с этим их можно считать серыми лишь в интервалах и Т, где коэф. прибл. постоянен. В видимой области спектра свойствами С. т. обладают каменный уголь ( = 0,80 при 400- 900 К), сажа ( = 0,94-0,96 при 370-470 К); платиновая и висмутовая черни поглощают и излучают как С. т. в наиб.широком интервале - от видимого света до 25-30 мкм ( = 0,93-0,99).

Основные законы излучения:

Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

где - степень черноты (для всœех веществ , для абсолютно черного тела ). При помощи закона Планка для излучения, постоянную σ можно определить как

где — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, c — скорость света.

Численное значение Дж·с−1·м−2 · К−4.

Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецкимфизикомКирхгофом в 1859 году.

В современной формулировке закон звучит следующим образом:

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всœех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте принято называть поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела.

Величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Характеристики теплового излучения

Тела, нагретые до доста 424e43ie ;точно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловлен╜ное нагреванием, принято называть тепловым (температурным) излучением. Тепловое излуче╜ние, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии тепло╜вого движения атомов и молекул вещества (т. е. за счет его внутренней энергии) и свойственно всœем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризу╜ется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) элект╜ромагнитные волны, при низких ≈ преимущественно длинные (инфракрасные).

Тепловое излучение ≈ практически единственный вид излучения, который может быть равновесным. Предположим, что нагретое (излучающее) тело помещено в по╜лость, ограниченную идеально отражающей оболочкой. С течением времени, в резуль╜тате непрерывного обмена энергией между телом и излучением, наступит равновесие, т. е. тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, сколько и излучать. Допустим, что равновесие между телом и излучением по какой-либо причинœе нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. В случае если в единицу времени тело больше излучает, чем поглощает (или наоборот), то температура тела начнет понижаться (или повышаться). В результате будет ослабляться (или возраста 424e43ie ;ть) количество излучаемой телом энергии, пока, наконец, не уста 424e43ie ;новится равновесие. Все другие виды излучения неравновесны.

Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плот╜ность энергетической светимости (излучательности) тела ≈ мощность излучения с еди╜ницы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины:

где d ≈ энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу време╜ни (мощность излучения) с единицы площади поверхности тела в интервале частот от n до n+dn.

Единица спектральной плотности энергетической светимости (Rn,T) ≈джоуль на метр в квадрате (Дж/м2).

Записанную формулу можно предста 424e43ie ;вить в виде функции длины волны:

Так как c=ln, то

где знак минус указывает на то, что с возраста 424e43ie ;нием одной из величин (n или l) другая величина убывает. По этой причине в дальнейшем знак минус будем опускать. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ,

С помощью формулы (197.1) можно перейти от Rn,Tк Rl,Tи наоборот.

Зная спектральную плотность энергетической светимости, можно вычислить интег╜ральную энергетическую светимость (интегральную излучательность) (ее называют про╜сто энергетической светимостью тела), просуммировав по всœем частотам:

Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спект╜ральной поглощательной способностью

показывающей, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами счастота╜ми от n до n+dn, поглощается телом. Спектральная поглощательная способ╜ность ≈ величина безразмерная. Величины Rn,T═иАn,Tзависят от природы тела, его термодинамической температуры и при этом различаются для излучений с различными частотами. По этой причине эти величины относят к определœенным Т и n (вернее, к доста 424e43ie ;точно узкому интервалу частот от n до n+dn).

Тело, способное поглощать полностью при любой температуре всœе падающее на него излучение любой частоты, принято называть черным. Следовательно, спектральная поглощательная способность черного тела для всœех частот и температур тождественно равна единице ( ). Абсолютно черных тел в природе нет, однако такие тела, как сажа, платиновая чернь, черный бархат и некоторые другие, в определœенном интервале частот по своим свойствам близки к ним.

Идеальной моделью черного тела является замкнутая полость с небольшим отвер╜стиемО, внутренняя поверхность которой зачернена (рис. 286). Луч света͵ попавший внутрь такой полости, испытывает многократные отражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. Опыт показывает, что при размере отверстия, меньшего 0,1 диаметра полости, пада╜ющее излучение всœех частот полностью поглощается. Вследствие этого открытые окна домов со стороны улицы кажутся черными, хотя внутри комнат доста 424e43ie ;точно светло из-за отражения света от стен.

Наряду с понятием черного тела используют понятие серого тела ≈ тела, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всœех частот и зави╜сит только от температуры, материала и состояния поверхности тела. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, для серого тела =AT = const<l.

Исследование теплового излучения сыграло важную роль в создании квантовой теории света͵ в связи с этим крайне важно рассмотреть законы, которым оно подчиняется.

Энергетическая светимость телаRТ, численно равна энергии W, излучаемой телом во всœем диапазоне длин волн (0<<) с единицы поверхности тела, в единицу времени, при температуре телаТ, ᴛ.ᴇ.

(1)

Испускательная способность телаr численно равна энергии тела dW, излучаемой телом c единицы поверхности тела, за единицу времени при температуре тела Т, в диапазоне длин волн от  до +d, ᴛ.ᴇ.

(2)

Эту величину называют также спектральной плотностью энергетической светимости тела.

Энергетическая светимость связана с испускательной способностью формулой

(3)

Поглощательная способность тела,T - число, показывающее, какая доля энергии излучения, падающего на поверхность тела, поглощается им в диапазоне длин волн от до +d, ᴛ.ᴇ.

. (4)

Тело, для которого ,T=1 во всœем диапазоне длин волн, принято называть абсолютно черным телом (АЧТ).

Тело, для которого ,T=const<1 во всœем диапазоне длин волн называют серым.

46. Особыми физическими приборами, называемыми актинометрами, можно измерить количество солнечной энергии, получаемой на земной поверхности на единицу площади в единицу времени. Прежде чем лучи Солнца достигнут поверхности Земли и попадут в актинометр, они должны пройти всю толщу нашей атмосферы, вследствие чего часть энергии будет поглощена атмосферой. Величина этого поглощения весьма колеблется в зависимости от состояния атмосферы, так что получаемое на земной поверхности количество солнечной энергии в разное время весьма различно.

Солнечной постоянной принято называть количество энергии, получаемое одним квадратным сантиметром площади, выставленной на границе земной атмосферы перпендикулярно к лучам Солнца, в одну минуту в малых калориях. Из большого ряда актинометрических наблюдений многих геофизических обсерваторий для солнечной постоянной было получено следующее значение:

А = 1,94 кал/см2 • мин.

На 1 квадратный метр обращенной к Солнцу поверхности площадки в окрестностях Земли ежесекундно поступает 1400 Дж энергии, переносимой солнечным электромагнитным излучением. Эта величина принято называть солнечной постоянной. Иными словами, плотность потока энергии солнечного излучения составляет 1,4 кВт/м2.

СОЛНЕЧНЫЙ СПЕКТР - распределœение энергии электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучение) до метровых радиоволн. В видимой области солнечный спектр близок к спектру абсолютно черного тела при температуре около 5800 К; имеет энергетический максимум в области 430-500 нм. Солнечный спектр — непрерывный спектр, на который наложено более 20 тыс. линий поглощения (Фраунгоферовых линий) различных химических элементов.

Актинометр - прибор для измерения интенсивности прямой солнечной радиации. Принцип действия А. основан на поглощении падающей радиации зачернённой поверхностью и превращении её энергии в теплоту. А. является относительным прибором, т.к. об интенсивности радиации судят по различным явлениям, сопровождающим нагревание, в отличие от пиргелиометров — приборов абсолютных. К примеру, принцип действия актинометра Михельсона основан на нагревании солнечными лучами зачернённой сажей биметаллической пластинки 1, спрессованной из желœеза и инвара.При нагревании желœезо удлиняется, а инвар почти не испытывает теплового расширения, в связи с этим пластинка изгибается. Величина изгиба служит мерой интенсивности солнечной радиации. С помощью микроскопа наблюдают перемещение кварцевой нити, расположенной на конце пластинки.


Читайте также


  • - Свойства равновесного теплового излучения. Абсолютно черное тело. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана- Больцмана, Вина.

    ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Тела, нагретые до высоких температур, светятся, т.е. испускают электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение всех длин волн обуславливается колебаниями электрических зарядов, входящих в состав вещества, т. е. электронов и ионов. Вследствие... [читать подробенее]


  • - Свойства равновесного теплового излучения. Абсолютно черное тело. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана- Больцмана, Вина.

    ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Тела, нагретые до высоких температур, светятся, т.е. испускают электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение всех длин волн обуславливается колебаниями электрических зарядов, входящих в состав вещества, т. е. электронов и ионов. Вследствие... [читать подробенее]


  • - Испускательная и поглощательная способность тела. Абсолютно черное тело.

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям (а пределах телесного угла 2p), называется энергетической светимостью Rэ. Обозначим поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела в интервале частот dw, через dRw. Если... [читать подробенее]


  • - Испускательная и поглощательная способность тела. Абсолютно черное тело.

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям (а пределах телесного угла 2p), называется энергетической светимостью Rэ. Обозначим поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела в интервале частот dw, через dRw. Если... [читать подробенее]


  • - Вопрос 3. Абсолютно черное тело. Серое тело.

    Закон Кирхгофа. Опыт показывает, что любое реальное тело поглощает излучение различных частот по разному в зависимости от его температуры. Поэтому спектральная поглощательная способность тела является функцией частоты &... [читать подробенее]


  • - Тепловое излучение и поглощение электромагнитных волн веществом. Тепловое равновесие тел. Абсолютно черное тело.

    Поляризационные приборы и их применение. Поляризационные приборы (иначе поляризаторы) превращают естественный свет в линейно-поляризованный. Все они работают по принципу отделения обыкновенного луча от необыкновенного. Примером поляризатора может служить... [читать подробенее]


  • - Функция Кирхгофа. Абсолютно черное тело

    Поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям (в пределах телесного угла 2&... [читать подробенее]


  • - Абсолютно черное тело. Модель абсолютно черного тела.

    Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электрома­гнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное... [читать подробенее]


  • - Абсолютно черное тело

    Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока. Существует несколько способов получения поляризованного... [читать подробенее]