Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

29.1: Огляд

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74889

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    навчальні цілі

    • Визначте припущення, зроблене Максом Планком для опису електромагнітного випромінювання, випромінюваного чорним тілом

    Чорне тіло в тепловій рівновазі (тобто при постійній температурі) випромінює електромагнітне випромінювання, яке називається випромінюванням чорного тіла. Випромінювання чорного тіла має характерний, безперервний частотний спектр, який залежить тільки від температури тіла. Макс Планк в 1901 році точно описав випромінювання, припускаючи, що електромагнітне випромінювання випромінювалося в дискретних пакетах (або квантах). Квантова гіпотеза Планка - це новаторська робота, що віщує появу нової ери сучасної фізики та квантової теорії.

    Пояснення властивостей випромінювання чорного тіла було головним викликом у теоретичній фізиці наприкінці ХІХ століття. Пророцтва, засновані на класичних теоріях, не змогли пояснити спектри чорного тіла, що спостерігаються експериментально, особливо при коротшій довжині хвилі. Головоломка була вирішена в 1901 році Максом Планком у формалізмі, тепер відомому як закон Планка випромінювання чорного тіла. Всупереч поширеній думці про те, що електромагнітне випромінювання може приймати безперервні значення енергії, Планк ввів радикальне поняття про те, що електромагнітне випромінювання випромінювалося в дискретних пакетах (або квантах) енергії. Хоча виведення Планка виходить за рамки цього розділу (він буде висвітлений у квантовій механіці), закон Планка може бути написаний:

    \[\mathrm { B } _ { \lambda } ( \mathrm { T } ) = \dfrac { 2 \mathrm { hc } ^ { 2 } } { \lambda ^ { 5 } } \dfrac { 1 } { \mathrm { e } ^ { \frac { \mathrm { bc } } { \lambda k _ { \mathrm { B } } \mathrm { T } } } - 1 }\]

    де BB - спектральне сяйво поверхні чорного тіла, ТТ - його абсолютна температура, λλ - довжина хвилі випромінювання, KbKb - постійна Больцмана, hh - постійна Планка, а cc - швидкість світла. Це рівняння пояснює спектри чорного тіла, показані нижче. Квантова гіпотеза Планка - один з проривів в сучасній фізиці. Не дивно, що він вперше ввів\(\mathrm { h } = 6.626 \times 10 ^ { - 34 } \mathrm { J } \cdot \mathrm { s }\) константу Планка у своєму виведенні закону Планка.

    зображення

    Спектр випромінювання чорного тіла: Типовий спектр від чорного тіла при різних температурах (показаний синьою, зеленою та червоною кривими). Зі зниженням температури пік кривої випромінювання чорного тіла рухається до менших інтенсивностей і довших довжин хвиль. Чорна лінія - це передбачення класичної теорії для об'єкта на рівні 5,000K, показуючи катастрофічну невідповідність на коротшій довжині хвилі.

    Зверніть увагу, що спектральне сяйво залежить від двох змінних, довжини хвилі і температури. Випромінювання має специфічний спектр і інтенсивність, яка залежить тільки від температури тіла. Незважаючи на свою простоту, закон Планка досить добре описує радіаційні властивості об'єктів (наприклад, нашого тіла, планет, зірок).

    Ключові моменти

    • Чорне тіло в тепловій рівновазі випромінює електромагнітне випромінювання, яке називається випромінюванням чорного тіла.
    • Випромінювання має специфічний спектр і інтенсивність, яка залежить тільки від температури тіла.
    • Макс Планк в 1901 році точно описав випромінювання, припускаючи, що електромагнітне випромінювання випромінювалося в дискретних пакетах (або квантах). Квантова гіпотеза Планка - це новаторська робота, що віщує появу нової ери сучасної фізики та квантової теорії.

    Ключові умови

    • спектральне сяйво: вимірює кількість випромінювання, яке проходить або випромінюється з поверхні і потрапляє в межах заданого твердого кута в заданому напрямку.
    • чорне тіло: ідеалізоване фізичне тіло, яке поглинає все падаюче електромагнітне випромінювання, незалежно від частоти або кута падіння. Хоча чорне тіло є теоретичним поняттям, ви можете знайти приблизні реалізації чорного тіла в природі.
    • Константа Планка: фізична константа, яка є квантом дії в квантовій механіці. Має одиницю моменту моменту. Константа Планка була вперше описана як постійна пропорційності між енергією фотона (одиницею електромагнітного випромінювання) і частотою пов'язаної з ним електромагнітної хвилі в його виведенні закону Планка

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ