- •Лабораторный практикум по курсу общей физики
- •Часть III (оптика)
- •Введение
- •Лабораторная работа 3.1 Кольца Ньютона
- •Теоретическое введение
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3.2 Дифракция Френеля
- •Теоретическое введение
- •Метод зон Френеля
- •Зонная пластинка Френеля
- •Дифракция Френеля на круглом непрозрачном диске
- •Размеры зон Френеля
- •Описание лабораторной установки.
- •Задания и порядок выполнения работы
- •Дифракция Френеля на круглом отверстии.
- •Дифракция Френеля на круглом диске. Пятно Пуассона.
- •Дифракция Френеля на прямоугольных диафрагмах и экранах.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3.3 Дифракция Фраунгофера
- •Теоретическое введение
- •Дифракция Фраунгофера на щели.
- •Дифракция на двух и многих щелях. Дифракционная решетка
- •Лабораторная установка.
- •Задания для выполнения работы
- •Дифракция Фраунгофера на щели.
- •Дифракция Фраунгофера на двух щелях.
- •Дифракционная решетка.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3.4 Поляризация света. Проверка закона Малюса
- •Теоретическое введение
- •Если смотреть навстречу направлению распространения света вектор поворачивается по часовой стрелке.
- •Способы получения линейно-поляризованного света
- •1. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера
- •Закон Брюстера
- •2. Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляроиды
- •Призма Николя
- •Анализ поляризованного света. Закон Малюса
- •Пример практического применения явления поляризации света Явление вращения плоскости поляризации оптически активными веществами
- •О писание лабораторной установки
- •Задания и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3.5 Изучение законов теплового излучения
- •Теоретическое введение
- •Основные количественные характеристики теплового излучения
- •Законы теплового излучения Закон Кирхгофа
- •Формула Планка
- •Закон смещения Вина
- •2А. Описание лабораторной установки
- •2А.1 Конструкция установки, порядок включения
- •2А.2 Физические принципы работы.
- •3А. Задания и порядок выполнения работы
- •2Б. Описание лабораторной установки
- •2Б.1 Измерение температуры оптическим пирометром
- •3Б. Задания и порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 3.6 Внешний фотоэффект
- •Теоретическое введение Внешний фотоэффект и его закономерности.
- •Теория метода измерения
- •Вольтамперная характеристика
- •Световая характеристика
- •Зависимость задерживающего напряжения от частоты излучения
- •Вариант а Лабораторная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная установка
- •Лабораторная работа 3.7 Определение показателя преломления стекла призмы и дисперсии призмы
- •Теоретическое введение Нормальная и аномальная дисперсия
- •Показатель преломления призмы.
- •Поглощение света.
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Спектр атома водорода
- •Теория Бора для атома водорода
- •Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний)
- •Второй постулат Бора (правило частот)
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы Градуировка монохроматора
- •Изучение спектра водорода и определение постоянной Ридберга.
- •Контрольные вопросы
- •Приложения
- •Образец оформления протокола
- •Кольца Ньютона
- •Содержание
Теоретическое введение
Электромагнитное излучение (свечение), испускаемое телом вследствие изменения его внутренней энергии, называется тепловым. В отличие от других видов свечения, называемых люминесценцией, тепловое излучение может быть равновесным. Это значит, что если нагретое тело поместить внутрь оболочки с идеально отражающими стенками, то с течением времени такая система придет в состояние термодинамического равновесия. Энергия такой системы содержится частично в виде внутренней энергии тела, а частично в виде энергии излучения. Состояние системы будет равновесным, если с течением времени распределение энергии между телом и излучением не изменяется.
Основные количественные характеристики теплового излучения
Поток энергии электромагнитного излучения – численно равен энергии, излучаемой телом в единицу времени по всем направлениям:
|
|
Энергетическая светимость – – энергия, испускаемая единицей поверхности тела в единицу времени по всем направлениям во всем диапазоне частот:
|
|
Испускательная способность – – энергия, испускаемая единицей поверхности тела в единицу времени и приходящаяся на единичный спектральный интервал длин волн:
|
|
Энергетическая светимость связана с испускательной способностью:
|
(1) |
Поглощательная способность тела – отношение потока излучения, поглощенного телом к потоку излучения, падающего на поверхность тела.
Отражательная способность тела – отношение потока излучения, отраженного телом к потоку излучения, падающего на поверхность тела.
Связь между поглощательной и отражательной способностью тела:
|
(2) |
Опыт показывает, что все вышеперечисленные величины зависят от температуры тела (на это и указывает индекс T).
Абсолютно черное тело – тело, у которого во всем спектральном диапазоне и при любых температурах поглощательная способность равна единице .
Серое тело – тело, у которого поглощательная способность меньше единицы и одинакова во всем спектральном диапазоне.
Законы теплового излучения Закон Кирхгофа
В 1859 г. Кирхгоф установил связь между испускательной и поглощательной способностями тела.
Отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от материала тела и равно испускательной способности абсолютно черного тела – , которая является функцией температуры и длины волны.
|
(3) |
Экспериментальные кривые зависимости испускательной способности абсолютно черного тела от длины волны для различных температур приведены на рис. 1. Функция имеет важное значение в учении о тепловом излучении тел.
Как показал Планк (1990 г.), правильное выражение для можно получить, предположив, что излучение испускается не непрерывно, а отдельными порциями – квантами.
Энергия этих квантов равна , где – частота колебаний; – постоянная Планка.
Формула Планка
Формула Планка описывает излучение нагретого тела во всем спектральном диапазоне.
|
(4) |
где – скорость света; – постоянная Больцмана; – температура излучающего абсолютно черного тела; – постоянная Планка.
Закон Стефана – Больцмана
Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.
|
(5) |
Где – постоянная Больцмана.
Значение постоянной Больцмана σ = 5,6688 10-8 Вт/ м2 К4 .
Закон Стефана – Больцмана можно получить, проинтегрировав формулу Планка (4) по всем длинам волн.
|
(6) |
Если тело не является абсолютно черным, то энергетическая светимость такого тела , где – интегральная поглощательная способность, всегда меньше единицы и зависит от природы тела, температуры, состояния поверхности и ряда других факторов.