Атомная физика | Физические законы механики | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика | Физмат.ру
Математика 1 семестр | Математика 2 семестр | Математика 3 семестр | Математика 4 семестр | Интегралы | 1 курс

Лекции по физике Прикладная математика и физика Основы физики

Закон Кирхгофа

Можно установить один замечательный и неочевидный закон, связывающий излучательную и поглощательную способности тела. Полость, стенки которой поддерживаются при температуре T, значит, эта полость заполнена электромагнитным излучением (понятно, что стенки излучают) и находится в равновесии со стенками. Важное обстоятельство: спектральный состав равновесного излучения в полости не зависит от того, как устроены стенки этой полости.3)

 

Более наглядно тут можно такой привести пример. Скажем, имеем полость зеркальную, стенки которой отражают всё падающее на них излучение, не меняя спектрального состава. Запустим туда световой луч, например, красного цвета и захлопнем дверцу. Он там начнёт метаться, и, конечно, вся эта полость будет заполнена красным светом. А теперь представьте следующее: этот ящик заполнен красным светом, и мы туда кинем маленькую пылинку, что будет происходить? Эта пылинка начнёт нагреваться и переизлучать, она поглощает монохроматический свет с определённой длиной волны, а излучает «кашу» (она излучает во всём спектре). В конце концов, процесс размазывания энергии по частотам завершится, и мы получим равновесное излучение, которое в дальнейшем не меняется, и его спектральный состав не зависит от того, какая там была пылинка.

Есть универсальная функция, мы её обозначим , которая называется спектральной плотностью равновесного излучения, равновесное излучение в любой полости будет описываться вот этой функцией. Что означают слова «спектральная плотность»? То, что энергия, которая приходится на интервал , будет равняться , то есть спектральная плотность определяет, какая энергия приходится на заданный интервал длин волн.

 

А теперь мы хотим получить закон Кирхгофа. Рассмотрим в полости площадку величиной , эта площадка излучает внутрь полости, , с другой стороны на эту площадку падает излучение из полости, определяемое спектральной плотностью, , и часть этого излучения площадка поглощает. Когда устанавливается равновесие, излучаемая площадкой энергия в заданном интервале должна равняться поглощаемой энергии в данном интервале (иначе эта площадка либо охлаждалась бы, либо нагревалась, а мы рассматриваем равновесие), . Подставляя выражение для падающей энергии  в равенство , получаем: , как я сказал раньше, поглощаемая и излучаемая энергии равны, следовательно,  или

 

 

Что это означает? это спектральная плотность излучения конкретного материала стенок,  это функция, характеризующая, опять же, материал стенок. Для разных тел эти функции различны, но их отношение, оказывается, не зависит от тела и представляется некоторой универсальной функцией. Это означает, что, чем тело больше поглощает при температуре T на длине волны λ, тем оно больше излучает при данных температуре и длине волны. Если задуматься, этот закон очень удивительный. Излучение идёт, вроде бы, из всего тела (это излучение атомов среды), а поглощение, оно, вроде бы, связано с поверхностью,1) и то, что отношение этих величин не зависит от природы тела, от характера поверхности, конечно, удивительно.2) Закон не учитывает никаких деталей, он просто основан на законе сохранения энергии, его справедливость безусловна. Мало есть законов такой мощности и общности.

Мы теперь можем осознать, что представляет собой эта функция . Если , то для абсолютно чёрного тела мы получаем , и это позволяет проинтерпретировать спектральную плотность равновесного излучения в полости: спектральная плотность равновесного излучения в полости это монохроматическая излучательная способность абсолютно чёрного тела.

Вектор напряжённости поля тяготения численно равен силе действующей со стороны поля на материальную точку единичной массы и совпадает с этой силой по направлению:

.

Теорема о циркуляции векторов  и :

  и .

Работа консервативных сил, при перемещении тела вдоль замкнутого контура L тождественно равна 0.

Потенциал поля тяготения – величина, равная отношению потенциальной энергии Еп материальной точки к массе т:

.

Взаимосвязь между потенциалом поля тяготения и его напряжённостью:

.

Потенциальная энергия тела массой т на расстоянии r от Земли: 

,

где  потенциальная энергия гравитационного поля на поверхности  Земли; радиус Земли.

Полная энергия тела в гравитационном поле: 

.

Элементы термодинамики Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс. Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Принцип работы холодильных установок. Теп-ловые насосы и кондиционеры. Описание реальных систем. Реальные газы. Пределы применимо-сти законов идеального газа. Силы и потенциальная энергия межмолеку-лярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Опытные законы диффузии