- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Тепловое излучение презентация
Содержание
- 1. Тепловое излучение
- 2. §§ Равновесное излучение 02 Рассмотрим полость,
- 3. 03 За счет частичного поглощения, за
- 4. 04 Оно однородно, изотропно и
- 5. 05 При нарушении равновесия между телом и
- 6. §§ Характеристики излучения 06 Потоком (мощностью) излучения
- 8. 08 линейчатый спектр уединенные атомы, разряженные газы
- 9. 09 Испускательная способность – величина, равная
- 10. §§ Поглощательная способность 10 Рассмотрим элементарную площадку
- 11. 11 Для абсолютно черного тела (АЧТ) Эта
- 12. §§ Закон Кирхгофа 12 Рассмотрим два тела
- 13. –
- 14. §§ Закон Стефана-Больцмана 14 Стефан, 1879, опытные
- 15. §§ Закон смещения Вина 15 длина волны
- 16. §§ Формула Рэлея–Джинса 16 Рассмотрим, следуя Рэлею
- 18. 18 mx = 1, 2, 3 ... для осей y и z аналогично
- 19. 19 – волновой вектор для встречных волн: Модуль волнового вектора:
- 20. 20 Вычислим приблизительное число таких волн
- 21. 21 Число состояний следовательно, число волн в
- 22. 22 энергия, приходящаяся на интервал частот [ω,
- 23. 23 формула Рэлея–Джинса В области низких
- 24. 24 Однако, и полученное выражение не описывает
- 25. §§ Формула Планка Спектральная плотность энергетической светимости (в данном случае – на одно колебание) 25
- 26. 26 Макс Планк (1900) Будем рассматривать вещество
- 27. 27 Пусть P(E) – вероятность того,
- 28. 28 получаем Средняя энергия: Постоянную определяют из условия
- 29. 29 Пусть уровни – «равноотстоящие», т.е. тогда Вычислим сумму
- 30. 30 Следовательно
- 31. 31 классический предельный случай Планк предположил,
- 32. 32 тогда формула Планка
- 33. 33 Формула Планка дает исчерпывающее описание свойств
- 34. §§ Источники света 34 1) Солнце Спектр
- 35. 35 2) Тепловые источники света Максимум спектральной
- 36. 36 Дейви (Davy, 1778-1829)
- 37. 37 1973 г., люминисцентные
- 38. 38 Двойная спираль вольфрамовой нити (T ~
- 39. 39 Излучение вольфрама не соответствует излучению АЧТ,
- 41. §§ Применение законов ТИ 1) ИК-сушка,
- 42. 42 3) оптическая пирометрия а) закон Стефана–Больцмана
Слайд 2§§ Равновесное излучение
02
Рассмотрим полость,
температура стенок
которой поддерживается
постоянной.
В начальный период
времени полость будет
заполнена излучением
с характерным для материала
полости спектром
Слайд 3
03
За счет частичного поглощения, за счет
хаотического теплового движения, атомы полости переходят
При этом происходит изменение интенсивности, спектрального состава, состояния поляризации света.
Система постепенно переходит в
состояние равновесия, которому
соответствует наибольшая вероятность.
Это излучение называется равновесным.
Слайд 4
04
Оно однородно, изотропно и
деполяризовано.
Спектральный состав и другие характе-
ристики не зависят
стенок полости (и тел внутри нее), а
определяются только температурой стенок
Излучение также можно характеризовать
этой температурой и считать ее свойством
самого излучения, которое также
называется тепловым.
Только тепловое излучение может быть
равновесным.
Слайд 505
При нарушении равновесия между телом и
излучением, тело либо поглощает больше,
чем излучает
либо излучает, за счет убыли внутренней
энергии (охлаждается).
Интенсивность теплового излучения
возрастает при повышении температуры.
Слайд 6§§ Характеристики излучения
06
Потоком (мощностью) излучения
называется количество энергии,
переносимой ЭМ волнами,
за единицу времени
площади тела
Это, например, та мощность, которую
указывают на лампе или нагревателе
Слайд 7
энергии по частотам (по длинам волн)
07
Энергетической светимостью
называется величина, равная
мощности теплового излучения
с единицы площади тела.
[R] = 1 Вт/м2
Эти величины – интегральные,
т.е. учитывают энергию, переносимую
волнами всех частот (длин волн)
Рассмотрим спектры
Слайд 808
линейчатый спектр
уединенные атомы,
разряженные газы
полосатый спектр
конденсированное
вещество
сплошной спектр
равновесное
(тепловое) излучение
Слайд 909
Испускательная способность –
величина, равная спектральной плотности энергетической светимости
Это энергия, излучаемая
в единичном интервале длин волн (частот)
Слайд 10§§ Поглощательная способность
10
Рассмотрим элементарную площадку и
интервал частот излучения [ω, ω +
Пусть
называется
поглощательной
способностью
тогда безразмерная величина
Слайд 1111
Для абсолютно черного тела (АЧТ)
Эта величина зависит
от природы тела,
частоты падающего излучения.
температуры,
состояния
Тело называют серым, если
Слайд 12§§ Закон Кирхгофа
12
Рассмотрим два тела в замкнутой полости
В этой системе устанавливается
динамическое равновесие
– оба тела
будут иметь одинаковую температуру.
Слайд 13 – универсальная функция
Кирхгофа
13
Если тело
то оно теряет на излучение больше
энергии
и, для поддержания
температуры, такое тело должно
больше поглощать.
Кирхгоф, 1859
или испускательная
способность абсолютно черного тела.
Слайд 14§§ Закон Стефана-Больцмана
14
Стефан, 1879, опытные данные
– для любого тела
Больцман, 1884, теоретический
– только для
АЧТ
– постоянная
Стефана–Больцмана
Слайд 15§§ Закон смещения Вина
15
длина волны λm, соответствующая максимуму, определяется соотношением
b =
Слайд 16§§ Формула Рэлея–Джинса
16
Рассмотрим, следуя Рэлею (1900) и
Джинсу (1905), вывод выражения
Полная энергия теплового
(равновесного) излучения:
объемная плотность энергии ЭМВ
Слайд 17 – энергия,
интервал частот [ω, ω + dω]
17
Энергия ЭМВ распределена по частотам неравномерно
Предположим, что равновесное излучение в полости
представляет собой
систему стоячих волн.
а форма полости – параллелепипед
со сторонами a, b и c.
Пусть поверхность стенок – зеркальная,
Слайд 2020
Вычислим приблизительное число таких
волн N в зависимости от k.
– объем,
всеми состояниями
в k-пространстве
– объем одного состояния
Слайд 2121
Число состояний
следовательно, число волн в интервале
[ω, ω + dω] равно
Учтем независимость
поляризации (умножим на 2):
Слайд 2222
энергия, приходящаяся на интервал
частот [ω, ω + dω]
Из закона Больцмана следует,
каждую степень свободы приходится
одинаковая энергия ½kBT,
а на колебательную степень свободы –
энергия kBT.
Слайд 2323
формула Рэлея–Джинса
В области
низких частот
(СВЧ, радиоволны
и дальняя ИК)
она
согласуется с
экспериментом
Слайд 2424
Однако,
и полученное выражение не описывает
1) равновесие между
телом и
2) уменьшение спектральной
плотности для высоких частот
Слайд 25§§ Формула Планка
Спектральная плотность энергетической
светимости
(в данном случае – на одно колебание)
25
Слайд 2626
Макс Планк (1900)
Будем рассматривать вещество стенок полости как набор осцилляторов,
которые
дискретный ряд уровней.
– E0 – основное состояние
– E1 – возбужденное состояние
– Em – m-й уровень
Слайд 27
27
Пусть P(E) – вероятность того, что система займет положение с энергией
(убывающая функция)
Обычно
Слайд 31
31
классический предельный случай
Планк предположил, что E0 ≠ 0 и
определяется только
Пусть энергия поглощается/излучается
квантами (порциями) с энергией
Слайд 3333
Формула Планка дает исчерпывающее
описание свойств теплового излучения:
1) закон Стефана–Больцмана
2) закон смещения
3) описание спектра теплового
излучения во всем диапазоне λ
Слайд 34§§ Источники света
34
1) Солнце
Спектр излучения Солнца близок к
спектру АЧТ с T
Слайд 3535
2) Тепловые источники света
Максимум спектральной плотности
приходится на край видимой области
при
Слайд 3636
Дейви (Davy, 1778-1829)
в начале 19 в. изобрел
Лодыгин, 1872
T ~ 2200 К
η ~ 0.5 %
t ~ 500–1000 ч.
Гейссер в 1856 г. изобрел флуоресцентную лампу
Слайд 3737
1973 г., люминисцентные
лампы
Пары ртути
(аргон, неон) испускают
ультрафиолет,
который
вызывает свечение люминофора
Такие лампы потребляют в 5 раз меньше
энергии. Срок службы достигает 15000 ч.
Слайд 3838
Двойная спираль
вольфрамовой
нити (T ~ 3 000 К)
внутри N2 (азот)
при Tк: P~0.5
Лампа накаливания
Слайд 3939
Излучение вольфрама не соответствует
излучению АЧТ, что приводит к большей
светоотдаче.
срок службы: 500–1500
КПД не превышает 5 %
(у лучших источников не более 20 %)
Галогеновые лампы имеют
кварцевую колбу, а внутри –
инертный газ с добавками
галогенов
, чтобы испаряющийся
вольфрам вновь осаждался на спирали
Слайд 40
источники света
40
«Ксеноновые» лампы
англ.: HID
(High Intensity Discharge)
источником света является
электрическая дуга в газоразрядной
камере с инертными газами
мощность: 75 Вт – 50 кВт
Для их розжига нужен мощный разряд
— порядка 25 киловольт.
Слайд 41§§ Применение законов ТИ
1) ИК-сушка,
нагрев
41
2) освещение
(при T ~
с учетом
спектральной
чувствительности
глаз)
Слайд 4242
3) оптическая пирометрия
а) закон Стефана–Больцмана
(радиационная пирометрия)
б) закон смещения Вина
в) цветовые пирометры
