Н.И.Ильиных. ФИЗИКА. Часть 3. Элементы атомной и квантовой физики. Элементы физики твердого тела. Элементы ядерной физики.
Стр 1 из 16Следующая ⇒ Федеральное агентство связи ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Уральский технический институт связи и информатики (филиал)
Н. И. Ильиных ФИЗИКА
Часть 3. Элементы атомной и квантовой физики. Элементы физики твердого тела. Элементы ядерной физики. Методические указания к самостоятельной работе для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавра 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (профили «Транспортные сети и системы связи», “Инфокоммуникационные сети и системы”) 09. 03. 01 Информатика и вычислительная техника (профиль «Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем»)
программа академического бакалавриата уровень образования на базе – среднего профессионального образования форма обучения – заочная
Екатеринбург,
ББК 22. 3 УДК 53 Рецензент: доцент кафедры общей физики и естествознания УрГПУ, к. ф. -м. н Сабирзянов А. А.
Ильиных Н. И. Физика. Часть 3. Элементы атомной и квантовой физики. Элементы физики твердого тела. Элементы ядерной физики: Методические указания к самостоятельной работе /Н. И. Ильиных. – Екатеринбург: УрТИСИ СибГУТИ, 2020. - 77 с.
Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения, изучающих дисциплину «Физика» и содержат теоретические сведения, необходимые для решения задач, примеры решения задач, список необходимой литературы.
Рекомендовано НМС УрТИСИ СибГУТИ в качестве методических указаний по выполнению самостоятельной работы для студентов заочной формы обучения для направлений подготовки 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (профили «Транспортные сети и системы связи», “Инфокоммуникационные сети и системы”), 09. 03. 01 Информатика и вычислительная техника (профиль «Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем»), программа академического бакалавриата.
ББК 22. 3 УДК 53
Кафедра высшей математики и физики ã УрТИСИ СибГУТИ, 2020
СОДЕРЖАНИЕ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цель данного учебного пособия - оказать помощь студенту в закреплении теоретических знаний курса «Физика» и приобретении необходимых навыков решения задач, необходимых при выполнении домашних и контрольных работ. Пособие содержит краткое изложение основных положений и тем курса, примеры решения наиболее типичных задач, список рекомендованной литературы.
Рекомендовано НМС УрТИСИ СибГУТИ в качестве методических указаний по выполнению самостоятельной работы для студентов заочной формы обучения для направлений подготовки 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (профили «Транспортные сети и системы связи», “Инфокоммуникационные сети и системы”), 09. 03. 01 Информатика и вычислительная техника (профиль «Программное обеспечение средств вычислительной техники и автоматизированных систем»), программа академического бакалавриата. Тема 1: «Квантовая природа излучения. Фотоны. Давление света». Краткая теория Тепловое излучение – излучение электромагнитных волн, происходящее за счет внутренней энергии тел, т. е. энергии теплового движения атомов и молекул. Все остальные виды излучения называются люминесценцией. В тепловом излучении участвуют все тела в природе, оно происходит при любых температурах. В отличие от других видов излучения, тепловое излучение является равновесным, т. к. испускание фотонов атомами или молекулами происходит в условиях термодинамического равновесия в среде. При изменении температуры среды меняется интенсивность излучения. Характеристики теплового излучения: Энергетическая светимость - СФВ, численно равная энергии, излучаемой единицей площади поверхности тела за единицу времени по всем направлениям , (1. 1) где - энергия, излученная телом, - площадь поверхности тела, - время излучения. Спектральная излучательная (испускательная) способность (спектральная плотность энергетической светимости) - СФВ, характеризующая распределение излучаемой энергии по длинам волн. С энергетической светимостью эта величина связана соотношением . (1. 2) Спектральная поглощательная способность (коэффициент поглощения) - СФВ, характеризующая распределение поглощенной энергии по длинам волн , (1. 3) где - падающая на тело энергия, - поглощенная энергия. По значению спектральной поглощательной способности различают следующие модели:
1) абсолютно черное тело (АЧТ) – тело, которое поглощает всю падающую на него энергию ( 1); 2) абсолютно белое тело –– тело, которое полностью отражает всю падающую энергию ( 0); 3) серое тело – тело, у которого коэффициент поглощения остается постоянным, но меньшим 1, в широком интервале температур и длин волн ( ). Для тел, участвующих в тепловом излучении, справедлив закон Кирхгофа: отношение спектральной излучательной способности к спектральной поглощательной способности есть универсальная функция, единая для всех тел . (1. 4)
Явный вид универсальной функции Кирхгофа можно установить, если изучить спектральную излучательную способность АЧТ. Экспериментально полученная зависимость представлена на рис. 1. 1. Законы излучения АЧТ: Закон Стефана-Больцмана устанавливает связь между интегральной энергетической светимостью абсолютно черного тела и его температурой: энергетическая светимость АЧТ пропорциональна его термодинамической температуре в четвертой степени: , (1. 5) где - постоянная Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина: Длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости ЧТ, обратно пропорциональна его термодинамической температуре: , (1. 6) где - постоянная Вина. Классическая физика оказалась не в состоянии объяснить закономерности теплового излучения. Это было сделано М. Планком, который предположил, что свет излучается порциями – квантами. Гипотеза Планка положила начало развитию квантовой физики. Фотон ‑ квант электромагнитного излучения, обладающий энергией, импульсом и гравитационной массой. Энергия кванта света (фотона) определяется его частотой n: , (1. 7)
где - постоянная Планка, ‑ частота колебания векторов напряженности и электромагнитного поля излучения; - длина волны; - циклическая частота колебаний. В расчетах часто пользуются усеченной постоянной Планка . (1. 8) Масса фотона , (1. 9) где с = 3∙ 108 м/c - скорость света в вакууме; l — длина волны фотона, Импульс фотона в вакууме: , , (1. 10) где - волновой вектор, . Давление света на поверхность равно импульсу, который передают поверхности N фотонов в течение 1 с: Р = Nhn/c. (1. 11) Если в единицу времени на единицу площади поверхности падает N фотонов, то от поверхности отразится rN фотонов, а поглотится (1 - r)N фотонов (r - коэффициент отражения). Каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс Р = hn/c, а каждый отраженный фотон – импульс 2Р = 2hn/c. Поэтому общее давление равно: Р = Nhn/c (r + 1), (1. 12) где Nhn = Ее – это энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности за единицу времени, то есть, энергетическая освещенность поверхности. Следовательно, давление света равно: Р = Ее/c (r + 1) = w(r + 1), (1. 13) где w = Ee/c – объемная плотность энергии излучения.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|