Кафедра «Общая и теоретическая физика»

Потемкина С.Н.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ

 

3^й семестр

 

Модуль 6

 

Тепловое излучение. Фотоэффект. Элементы квантовой и атомной физики

Содержание

 

Условные обозначения. 3

Занятие № 7). 4

Тема: Тепловое излучение. 4

Содержание учебного материала. 4

Литература. 4

Основные формулы.. 4

Методические указания к решению задач. 6

Примеры решения задач. 6

Задания для аудиторной самостоятельной работы.. 10

Задания для СРПР. 10

Домашние задания – 1 вариант. 10

Занятие № 8. 10

Тема: Фотоэффект. Волны де Бройля. 10

Содержание учебного материала. 10

Литература. 10

Основные формулы.. 10

Методические указания к решению задач. 12

Примеры решения задач. 12

Задания для аудиторной самостоятельной работы.. 16

Задания для СРПР. 16

Домашние задания – 1 вариант. 16

Занятие № 9. 16

Тема: Соотношения неопределенностей. Уравнение Шредингера. 16

Содержание учебного материала. 16

Литература. 16

Основные формулы.. 16

Методические указания к решению задач. 18

Примеры решения задач. 18

Задания для аудиторной самостоятельной работы.. 22

Задания для СРПР. 22

Домашние задания – 1 вариант. 22

Занятие № 10(. 22

Тама: Физика атомного ядра. 22

Тема занятия. 22

Содержание учебного материала. 22

Основные формулы.. 22

Методические указания к решению задач. 24

Примеры решения задач. 24

Задания для аудиторной самостоятельной работы.. 27

Задания для СРПР. 27

Домашние задания – 1 вариант. 27

Варианты задач автоматизированной контрольной работы – АКР№9. 27

 

Занятие № 7.

Тема: Тепловое излучение

 

1. Тема занятия

2. Содержание учебного материала

3. Литература

4. Основные формулы

5. Методические указания к решению задач

6. Примеры решения задач

7. Задания для аудиторной самостоятельной работы

8. Задания для СРПР

9. Домашние задания – 1 вариант

Содержание учебного материала

1. Тепловое излучение и его характеристики.

2. Закон Кирхгофа.

3. Законы Стефана-Больцмана и смещения Вина.

4. Формулы Рэлея-Джинса и Планка.

5. Оптическая пирометрия.

Условные обозначения

 

1. ω – циклическая частота;
2. ν – линейная частота;
3. λ - длина волны;
4. R - энергетическая светимость (мощность излучения) тела;
5. R_е - энергетическая светимость абсолютно черного тела (АЧТ);
6. r_{ω T}, r_{λ ¸ T}, r_{ν ¸ T} – спектральная плотность энергетической светимости (испускательная способность тела);
7. R_Т – интегральная энергетическая светимость (интегральная излучательность) тела
8. а_{ω T}, а_{ν T} – спектральная поглощательная (поглощательная) способность тела;
9. T – термодинамическая температура;
10. T_р- радиационная температура;
11. T_ц- цветовая температура;
12. T_я – яркостная температура;
13. σ – постоянная Стефана-Больцмана;
14. b – постоянная Вина;
15. f(ω, T) – универсальная функция Кирхгофа;
16. h - постоянная Планка;
17. ħ - постоянная Планка, делённая на 2π;
18. k - постоянная Больцмана;
19. c – скорость света в вакууме.

 

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. Москва, «Высшая школа», 1994 г., § 197-201.

2. Савельев И.В. Курс физики. Т.3, М., Главная редакция физико-математической литературы, 1989, § 1-6.

3. Иродов И.В.

 

 

Основные формулы

 

Энергетическая светимость – это поток энергии, испускаемый единицей площади поверхности излучающего тела по всем направлениям (в пределах телесного угла 2π ). Энергетическая светимость является функцией температуры.

,

(1)

[ R ] = Дж / ( м² с ) = Вт / м².

Спектральная плотность энергетической светимости – это мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины. Спектральная плотность энергетической светимости ( испускательная способность ) является функцией частоты и температуры.

,

(2)

[ r_{ω T} ] = Дж / м².

Спектральная поглощательная способность – безразмерная величина, показывающая, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами с частотами ω, ω +dω , поглощается телом:

.

(3)

Спектральная поглощательная способность является функцией частоты и температуры.

Тело, полностью поглощающее падающее на него излучение всех частот а_{ω T} ≡ 1 называется абсолютно черным телом.

Тело, для которого а_{ω T} ≡ а_ω = const < 1, называется серым.

Закон Кирхгофа:

.

(4)

Для любого тела:

.

(5)

Для абсолютно черного тела:

.

(6)

Для серого тела:

.

(7)

Закон Кирхгофа описывает только тепловое излучение.

Закон Стефана-Больцмана:

.

(8)

где R_e – энергетическая светимость (излучательность) черного тела,

σ - постоянная Стефана-Больцмана,

T - термодинамическая температура.

σ = 5, 67 * 10^-8 Вт/(м² * К⁴).

Связь энергетической светимости R_e и спектральной плотности энергетической светимости r _{, T} ( r _{λ, T} )черного тела:

.

(9)

Энергетическая светимость серого тела:

,

(10)

где A_T– поглощательная способность серого тела.

Закон смещения Вина:

,

(11)

где λ _max – длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости черного тела,

b- постоянная Вина.

b = 2, 9 · 10^{-3 м ·К}

Зависимость максимальной спектральной плотности энергетической светимости черного тела от температуры:

,

(12)

где С = 1, 3 · 10 ^–5 Вт / ( м³ · К ⁵)

Формула Релея-Джинса для спектральной плотности энергетической светимости черного тела:

,

(13)

где k - постоянная Больцмана.

k = 1, 38 · 10 ^{– 23} Дж / К

Энергия кванта:

,

(14)

где h – постоянная Планка.

h = 6, 63 · 10 ^{– 34} Дж · с

Формула Планка:

	,	(15)
	.	(15¢ )

Формула Планка для универсальной функции Кирхгофа:

,

(16)

где ħ = 1, 05 · 10 ^{– 34} Дж c

Радиационная температура:

.

(17)

Цветовая температура:

.

(18)

Яркостная температура – это температура абсолютно черного тела, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность энергетической светимости равна спектральной плотности энергетической светимости исследуемого тела:

.

(19)

Связь между ω иλ:

.

(20)

Поглощательная способность:

.

(21)

Связь радиационной T_p и истинной T температур:

,

(22)

где А_Т – поглощательная способность серого тела.

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: