Что говорит закон кирхгофа о линейчатых спектрах испускания и поглощения
Вопрос 5 § 50 Физика 9 класс Перышкин В чём заключается суть закона Кирхгофа?
В чём заключается суть закона Кирхгофа, касающегося линейчатых спектров испускания и поглощения?
Помогите ответить!
Закон Киргофа гласит, что атомы данного элемента поглощают и излучают световые волны на одних и тех же частотах.
Привет. Выручайте с ответом по физике…
Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают
сначала в воду, потом в масло. В обоих ( Подробнее. )
Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. ( Подробнее. )
Среди предложений 21-29:
(21) И Митрофанов услышал в этом смехе и прощение себе, и даже какое-то ( Подробнее. )
Закон Кирхгофа
Кирхгоф, опираясь на второй закон термодинамики и анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между спектральной плотностью энергетической светимости и спектральной поглощательной способностью тел. Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (закон Кирхгофа):
. (198.1)
Для черного тела 
, поэтому из закона Кирхгофа (см. (198.1)) вытекает, что Rν,T для черного тела равна rν,T. Таким образом, универсальная функция Кирхгофаrν,T есть не что иное, как спектральная плотность энергетической светимости черного тела.Следовательно, согласно закону Кирхгофа, для всех тел отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности равно спектральной плотности энергетической светимости черного тела при той же температуре и частоте.
Из закона Кирхгофа следует, что спектральная плотность энергетической светимости любого тела в любой области спектра всегда меньше спектральной плотности энергетической светимости черного тела (при тех же значениях T и ν), так как А ν,Т
Используя закон Кирхгофа, выражению для энергетической светимости тела (197.2) можно придать вид
.
, (198.2)
где 
(198.3)
— энергетическая светимость черного тела(зависит только от температуры).
Закон Кирхгофа описывает только тепловое излучение, являясь настолько характерным для него, что может служить надежным критерием для определения природы излучения. Излучение, которое закону Кирхгофа не подчиняется, не является тепловым.
Что говорит закон кирхгофа о линейчатых спектрах испускания и поглощения
Введем некоторые характеристики теплового излучения.
Поток энергии (любых частот), испускаемый единицей поверхности излучающего тела в единицу времени во всех направлениях (в пределах телесного угла 4π), называется энергетической светимостью тела (R) [R] = Вт/м 2 .
Излучение состоит из волн различной частоты (ν). Обозначим поток энергии, испускаемой единицей поверхности тела в интервале частот от ν до ν + dν, через dRν. Тогда при данной температуре
Опыт показывает, что лучеиспускательная способность тела 
зависит от температуры тела (для каждой температуры максимум излучения лежит в своей области частот). Размерность 
.
Зная лучеиспускательную способность, можно вычислить энергетическую светимость:
Пусть на элементарную площадку поверхности тела падает поток лучистой энергии 
, обусловленный электромагнитными волнами, частоты которых заключены в интервале dν. Часть этого потока 
будет поглощаться телом. Безразмерная величина
По определению 
не может быть больше единицы. Для тела, полностью поглощающего излучения всех частот, 
. Такое тело называется абсолютно черным (это идеализация).
Тело, для которого 
и меньше единицы для всех частот, называется серым телом (это тоже идеализация).
Между испускательной и поглощательной способностью тела существует определенная связь. Мысленно проведем следующий эксперимент (рис. 1.1).
Пусть внутри замкнутой оболочки находятся три тела. Тела находятся в вакууме, следовательно обмен энергией может происходить только за счет излучения. Опыт показывает, что такая система через некоторое время придет в состояние теплового равновесия (все тела и оболочка будут иметь одну и ту же температуру).
В таком состоянии тело, обладающее большей лучеиспускательной способностью, теряет в единицу времени и больше энергии, но 
, следовательно это тело должно обладать и большей поглощающей способностью:
 | Кирхгоф Густав Роберт (1824–1887) – немецкий физик. Работы посвящены электричеству, механике, гидродинамике, математической физике, оптике, гидродинамике. Построил общую теорию движения тока в проводниках. Развил строгую теорию дифракции. Установил один из основных законов теплового излучения, согласно которому отношение испускательной способности тела к поглощательной не зависит от природы излучающего тела (закон Кирхгофа). |
Густав Кирхгоф в 1856 году сформулировал закон и предложил модель абсолютно черного тела.
Отношение лучеиспускательной к поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией частоты и температуры.
 , | (1.2.3) |
где 
– универсальная функция Кирхгофа.
Эта функция имеет универсальный, или абсолютный, характер.
Сами величины 
и , взятые отдельно, могут изменяться чрезвычайно сильно при переходе от одного тела к другому, но их отношение постоянно для всех тел (при данной частоте и температуре).
Для абсолютно черного тела 
, следовательно, для него 
, т.е. универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как лучеиспускательная способность абсолютно черного тела.
Абсолютно черных тел в природе не существует. Сажа или платиновая чернь имеют поглощающую способность 
, но только в ограниченном интервале частот. Однако полость с малым отверстием очень близка по своим свойствам к абсолютно черному телу. Луч, попавший внутрь, после многократных отражений обязательно поглощается, причём луч любой частоты (рис. 1.2).
Лучеиспускательная способность такого устройства (полости) очень близка к f(ν,T). Таким образом, если стенки полости поддерживаются при температуре T, то из отверстия выходит излучение весьма близкое по спектральному составу к излучению абсолютно черного тела при той же температуре.
Разлагая это излучение в спектр, можно найти экспериментальный вид функции f(ν,T)(рис. 1.3), при разных температурах Т3 > Т2 > Т1.
Площадь, охватываемая кривой, дает энергетическую светимость абсолютно черного тела при соответствующей температуре.
Эти кривые одинаковы для всех тел.
Кривые похожи на функцию распределения молекул по скоростям. Но там площади, охватываемые кривыми, постоянны, а здесь с увеличением температуры площадь существенно увеличивается. Это говорит о том, что энергетическая совместимость сильно зависит от температуры. Максимум излучения (излучательной способности) с увеличением температуры смещается в сторону больших частот.
Опыт показывает, что тепловое излучение можно охарактеризовать некоторыми па-раметрами. Известно,например, что интенсивность излучения зависит от температуры. Дру-гим важным свойством излучения является его спектральный состав, т.е распределение ин-тенсивности по различным частотам. Наиболее общей величиной для характеристики теп-лового излучения может служить поток энергии.Количество энергии, приходящееся на еди- ничный интервал частот, которое испускает единица площади (1м 2 ) нагретого тела называетсяизлучателыной способностью:
Между испускательной Е n,Т и поглощательной А n,Т способностями существует
 Рис.60.Излучение в зам- кнутой полости. | определенная взаимосвязь. Для установления этой взаимосвязи рассмотрим некую замкнутую полость, вырезанную внутри изолированного от внешних воздействий тела(см.рис.60). Каждый участок поверхности полости излучает и поглощает лучистую энергию.Согласно законам термодинамики через не-которое время внутри полости наступит равновесие – темпера-тура всех ее частей(и излучения тоже) станет одинаковой. Излучение, находящееся в тепловом равновесии с окружающи- |
ми телами,называетсяравновесным.Опыт показывает, что в природе излучение всегда равновесно, т.е.его интенсивность и спектральный состав в точности соответствует темпе-ратуре излучившего его тела.
т.е. отношение испускательной и поглощательной способностей остается постоянным для любого тела.. Другими словами, их отношение есть универсальная функция частоты и температуры.Это положение носит названиезакона Кирхгофа.
en,Т = 
.
Для оценки отношения N2 / n1 используем представления классической статистики, позволяющей на основании распределения Больцмана вычислить число частиц с заданной энергией:
.
en,Т = 
.
en,Т = 
.
en,Т = 
.
Вычисляя первую производную и сокращая полученный результат на постоянную величи-ну, имеем:
= 0.
Из этого выражения видно, что оно равно нулю, если числитель дроби равен нулю, откуда для определения экстремального значения х получаем трансцендентное уравнение:
.
Можно показать,что это уравнение имеет решение (приближенное значение х м =2,8214 ), для простоты обозначим его а’,т.е. х М = а’, или hnМ / kT = а’, откуда следуетзакон Вина:
Определим интегральную излучательную способность Ет (она называется энергети-ческой светимостью) как еT = 
, или в обозначениях новой переменной:
ET = 
.
Строение вещества.
Дата добавления: 2019-07-26 ; просмотров: 126 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Закон излучения Кирхгофа
В современной формулировке закон звучит следующим образом:
Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.
Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется 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:
По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него 
. Поэтому функция 
совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.
Реальные тела имеют поглощательную способность меньше единицы, а значит, и меньшую чем у абсолютно чёрного тела излучательную способность. Тела, поглощательная способность которых не зависит от частоты, называются серыми. Их спектр имеет такой же вид, как и у абсолютно чёрного тела. В общем же случае поглощательная способность тел зависит от частоты и температуры, и их спектр может существенно отличаться от спектра абсолютно чёрного тела. Изучение излучательной способности разных поверхностей впервые было проведено шотландским ученым Лесли при помощи его же изобретения — куба Лесли.
Применения закона Кирхгофа
В астрофизике
В астрофизике закон Кирхгофа часто применяется в следующем виде:
,
где 
— коэффициент излучения (энергия, излучаемая единичным объёмом в единичном интервале частот в единичный телесный угол за единицу времени); 
— коэффициент поглощения с учётом вынужденного испускания (
, где 
— плотность вещества, а 
и 
— соответственно непрозрачность и эффективная длина пробега фотонов для частоты 
); 
— интенсивность излучения абсолютно чёрного тела.
Закон Кирхгофа справедлив только для случаев теплового равновесия. Однако, его часто применяют и для неравновесных систем, когда излучение не находится в равновесии с веществом и его распределение по частотам существенно отличается от планковского. При этом часто (но не всегда) предположение о термодинамическом равновесии между частицами излучающего вещества оказывается хорошим приближением. Степень отклонения от закона Кирхгофа может служить мерой отличия излучения космических объектов от теплового.