Абсолют қара дене

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ДЕНСАУЛЫҚ САҚТАУ МИНИСТРЛІГІ

ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕДИЦИНА АКАДЕМИЯСЫ

Медициналық биофизика және ақпараттық технологиялар кафедрасы

Реферат

Тақырыбы: Жылулық сәулелену. Жылулық сәлеленудің заңдары мен сипаттамалары.

Орындаған: Шер Мухаммад Халида

Тобы: ФӨТҚБ-03-18

Қабылдаған: Махамбетова Мария

Шымкент 2019

Жоспар:

I. Кіріспе

1. 1 Жұмыс мақсаты

II. Негізгі бөлім

2. 1 Жылулық сәулелену. Абсолют қара дене.

2. 2 Стефан-Больцман. Сонымен қатар Винн заңдары.

III. Қорытынды

Бақылау сұрақтары

IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Студенттің өзіндік жұмыстың мақсаты: студенттерге температура мен беттік сипаттамалардан тәуелділіктегі электрөткізгіш материалдың сәуле шығару коэффициентін эксперименттік анықтауды үйрету (кедір бұдырлық пен тотығу дәрежесінен) . Студенттерді жылулық сәуле шығару түсінігімен таныстыру. Заттардың жылулық сәуле шығаруының сипаттамаларын түсіндіру болып табылады.

Жұмысымды қорғап болған соң Студенттердiң бiлiп кетуге тиiстi мәлiметтерi:

Қара дененің жарық шығару заңдылықтарын.
Ағзаның жылу шығаруын.
Жылулық жарық шығарудың сипаттамаларын.

Ең алдымен, кез келген қызған немесе қыздырылған денелер өзiнен жарық, яғни сәуле немеcе энергия шығара алатынын ескеруіміз міндетті. Дененiң осы қасиетiн температуралық немесе жылулық сәулелену деп атаймыз. Осы құбылыс зат атомдары және молекулаларының жылулық қозғалысының энергиясы, демек дене iшкi энергиясы есебiнен жүретінiн және температурасы 0 градус кельвиннен (0 ⁰ К) жоғары кез-келген денеден байқаймыз. Жылулық сәулелену үдерісі әр уақытта тепе-тендiк сақтай жүредi, дене белгiлi уақытта қанша сәуле (энергия) бөлсе, сонша сәуле ішке қарай жұтуы шарт, демек дене бөлетін сәулесімен оның жұтқан энергиясының арасында әр уақытта тепе-теңдiк болуы міндетті болып табылады. Осы айтылған жағдай бұзылсын деп есептейік. Мысалы, белгiлi бiр санауларда дененiң бiр келкі уақыт iшiнде бөлетін сәулелiк энергиясы оның жұтатын энергиясынан көп болып келсе, онда оған сай дене температурасы төмендеп оның бөлетін энергиясы азаяды, осылай денеде қайта тепе-теңдiк қалпы орнай алады.

Денелердің электромагниттік тербеулер өндіруі, оның ішкі атомдық және молекулалық үдерістеріне байланысты болып саналады. Электромагниттік толқындар бөлудің бір түрі денелердің жылулық сәуле өндіруі. 0 ⁰ К-дан асқан кез-келген дене жылулық жарық бөлуі қалыпты. Температураға тәуелді сәуле шығарудың интенсивтілігі және спектральды құрамдары өзгеріске ұшырайды.

ІІ. Негізгі бөлім

2. 1 Жылулық сәулелену. Абсолют қара дене.

XX ғасырдағы ғылыми ойдың ұлы жеңісі - кванттық теорияны зерттеуде қызған дененің сәуле шығаруын тәжірибелік зерттеу үлкен маңыз атқарды. Жоғары температураға дейін қыздырғанда дене әртүрлі түске еніп, сәуле шығара бастайтыны мәлім. Мысалы, темірді кыздырғанда, ол алдымен қызыл, одан кейін қызыл сары, содан соң әрі ақ сары түске боялады. Электр шамының вольфрам таяқшасын 3000 С-қа дейін кыздырғанда, ол ақ жарық бөледі. Күннің сәулесі, Жұлдыздардың бөлетін сәулелері де олардың температурасының өте жоғары болуына тәуелді болып келеді.
Қыздырылған денелердің сәуле бөліп, электромагниттік энергия таратуын жылулық жарықтануы деп атаймыз. Жылулық жарықтану құбылысы тек қызған денелерде ғана емес, сонымен қатар салқын денелерде де жүзеге аса алады. Электр шамының вольфрам таяқшасы 3000 С-қа дейін кызғанда көзге көрінетін ақ сәуле шығарса, температурасы төмендеген сайын денелер керінбейтін инфрақызыл жарықтар бөле береді. Инфрақызыл жарықтарының жиілігі ақ сәуленің жиілігінен жоғары емес. Сондай-ақ денелердің температурасы тым жоғары болса, олар көрінбейтін улытракүлгін жарықтар бөледі. Ультракүлгін сәулелерінің жиілігі ақ жарықтың жиілігінен жоғары болып келеді.
Жарық сияқты жылулық сәулелердің барлық түрлері де электромагниттік толқындар катарына жатқызамыз. Оларды бір-бірінен тек жиіліктеріне немесе толқын ұзындықтарына байланысты ажырата аламыз. Тәжірибелік зерттеулер барысында денелердің жылулық сәулелерді бөлуімен катар, оларды жұта да алатынын керсетілді. Оны көптеген эксперименттер анықтады. Мысалы, параболоидтік айнаға вольфрамнан жасалған таяқша қылын орналастырып, оны электр тоғымен инфрақызыл сәулесін бөлетіндей қылып кыздырайық. Содан оған қарама-қарсы қойылған екінші айнаның фокусына қараға боялған құрғак мақтаны іліп қойсақ, ол белгілі бір уақыттан кейін өзі лаулап өртене бастайды. Осыдан денелердің жылулық электромагниттік сәулелерді бөлумен коймай, оларды жұта да алатынын байқаймыз. Ал қара түсті денелер сәулелерді басқа түсті денелерге қарағанда көбірек жұтатыны белгілі. Осы тәжірибе электромагниттік толқындардың шынында да энергия тасымалдайтынына көзімізді анық жеткізеді.
Өзіне түскен әртүрлі жиіліктегі жарықтардың энергиясын толықтай жұтып алатын денені абсолют, яғни толықтай қара дене деп атаймыз . Күн сыртқы ортаға жарық шығарумен қатар, өзіне сырттан түсетін әртүрлі жиіліктегі сәулелерді де толық жұтып алатынын ескергеніміз жөн.
Сондықтан ол абсолют кара денелер қатарына жатады суретте абсолют қара дененің үлгісін көре аламыз. Іші қуыс ыдысқа кішкентай саңылаудан түскен сәуле шексіз рет шағылады да, толықтай жұтылып кетеді.

2. 2 Стефан-Больцман және Винн заңдары

1879 жылы австриялық физик И. Стефан экперименттердің нәтижелерін зерттей отырып, ал 1884 жылы А. Больцман теориялық зерделеуге термодинамикалық әдісті пайдалана отырып, мынандай теория тағайындады:абсолют қара дененің интегралдық энергетикалық жарқырауы абсолют температураның төртінші дәрежесіне тура пропорционал:

$R = \sigma Т^{4}$

Бұл - Стефан-Больцман заңы. Мұнда Стефан-Боьцман тұрақтысы деп аталады.

$\sigma = 5, 67*10^{- 8}\frac{Bt}{M^{2}K^{4}}$

Неміс физигі Винн абсолют қара дененің жарықтану қасиетінің максимумы сәйкес болып келетін жиіліктің температураға тәуелділігін айқындайды:

$\frac{V_{m}}{T} = b_{1}$

Толықтай қара дененің энергетикалық сәулеленудің спектрлік тығыздығының максимумына сай келетін жиілік дененің абсолют температурасына тура пропорционал болатыны мәлім. Негізіде, Ванн заңын жиілік емес, толқын ұзындығына байланыстырып осындай түрде жазады:

$\lambda = \frac{b}{T}$

Мұндағы b=2, 9* $10^{- 3}M*K$ Винн const. деп аталады.

Толықтай қара дененің жарықтануының спектрлік заңдылықтарын алғашқы болып теориялық түрде дұрыс негіздеген ғалым - Макс Планк болып табылады. Осы үшін оған кванттық гипотезены енгізуге тура келді. Бұл классикалық физикада кез келген жүйенің энергиясы үздіксіз өзгереді. Ал Планктің кванттық гипотезасы бойынша энергия "үлестермен", дискретті түрде ғана бөлінеді. Энергия "үлесін" квант деп атайды. Әр кванттың энергиясы жиілікке пропорционал:

$E = hv$

Мұндағы h=6, 626* $10^{- 34}Дж*с -$ -Планк тұрақтысы деп аталатын const. (жарық жылдамдығы, элементар заряд секілді тұрақты шама) .

Қатты қызған денелердің жарықтануы түрлі жарықтандыру құралдарын жасауда пайдаланылады. Мысалы, кәдімгі электр шамының вольфрам спиралі өте жоғары температураға (3000К) дейін қыздырылуының барысында жарық шығарады. Түрлі техникалық қажеттіліктер үшін доғалық шамдар қолданылады.

Өте жоғары дәрежеде қызып тұрған денелердің температурасын Стефан-Больцман заңының негізінде жасалған құралдарымен өлшейді. Мұндай тәсілді оптикалық пирометрия, ал аспаптарды пирометрлер деп атаймыз.

Жылудидар (тепловизор) деп аталатын аспаптардың көмегімен заттардың инфрақызыл сәулелерін байқауға болады. Осы сәулелердің көмегімен әр түрлі заттардағы өте ұсақ сызаттарды, ақауларды айқындайды және бұл әдістер өндірісте, түрлі технологиялық процестерде, автосервисте сапаны анықтауға мүмкіндік береді.

Медицинада ИК (инфрақызыл) - термография әдісімен адам организміндегі қабыну, ісіктер немесе қан айналуының күрт өзгеруі сияқты көптеген ауруларды айқын тауып, оны емдеуге жол ашады.

Денелердің сәуле шығаруымен қатар оның жұтылуы арасындағы сан байланыстарын Г. Кирхгоф ғалымы ұсынды. Бірдей дәрежедегі температурада дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығының монохроматтық жұтылу мәніне қатынасы барлық денелер үшін бірдей болады. Ол сан жағынан толықтай қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығына тең болады деп анықталады Кирхгоф заңында.

((r(λ) / а(λ) ) ₁ =((r(λ) / а(λ) ) ₂ = . . . =E(λ) /1

E(λ) - толықтай қара дененің энергетикалық жарқырауының спектрлік тығыздығы болып саналады. Немесе Кирхгоф заңын r(λ) / а(λ) =E(λ) осы түрде жазуға болады.

2. 3 Ламберт заңы

Ламберт заңы жеке векторлар бойынша сәулеленудің өзгеруін анықтайды:

$\partial^{2}Q_{\varepsilon} = \frac{\varepsilon}{П}С_{0}\left( \frac{T}{100} \right) ^{4}\partial WdF\cos\mathsf{g}$