Жылулық сәуле шығарудың сипаттамалары мен қасиеттері

Жылулық сәуле шығару дегеніміз заттың ішкі энергиясы (атомдар мен молекулалардың жылулық қозғалысының энергиясы) өзгергенде шығарылатын электромагниттік сәуле шығару.Температурасы абсолюттік нөлден жоғары кез келген агрегаттық күйдегі барлық денелер жылулық сәуле шығарады. Жылулық сәуле шығару интенсивтілігі мен оның спетрлік құрамы сәуле шығаратын дененің оптикалық қасиеттерімен температурасына тәуелді.

Қалыпты температурада барлық денелер көрінбейтін инфрақызыл толқындар шығарады, ал жоғары температурада (1000Кшамасында) жарқырай бастайды (қызыл жарқырау). 2000 К-нен жоғары температурада сары және ақшыл жарық шығарады. Жылулық сәуле шығару үшін жарық сәулелерінің таралу, шағылу, сыну заңдары орындалады.

Жылулық сәуле шығару – зат пен термодинамикалық тепе теңдікте бола алатын жалғыз сәуле шығару.

Егер қыздырылған денені қабырғасы жылу өткізбейтін қуысқа орналастырсақ, онда біраз уақыт өткеннен кейін статистикалық тепе теңдік орнайды: дене бірлік уақытта қанша энергия шығарса, сонша энергияқабылдайды.

Бұлкездеденеменсәулешығарудыңэнергиятаралуыәрбіртолқынұзындығыүшінөзгеріссізқалады, алденеменқабырғаарасындағыкеңістіктегісәулешығарутығыздығыберілгентемпературағасәйкесбелгілібірмәнгежетеді. Қыздырылғанденеменстатикалық тепе-теңдіктеболатынқуыстағысәулешығару тепе-теңдіктегіжылулықсәулешығарудепаталады. Кезкелгенбасқасәулешығарустатистикалық тепе теңдіктеболмайды. Себебіоларатомдардыңхаостықжылулыққозғалысынатәуелдіемес. Жылулықемессәулешығару тепе теңемес. Жылулықсәулешығарудыңспектрікейбіржиіліктегіинтенсивтілігі максимум болатынтұтас спектр.

Кезкелгендененіңжылулықсәулешығаруытөмендегішамаларменсипатталады. Энергиялықжарқырау – сәулешығаратындененіңбірлікбетіненбарлықбағытта( бұрыш шамасына) шығарылатынтолық энергия ағынынатеңшама:

Дененіңбірлікбетіарқылы жиілікинтервалындашығарылатынэнергияағыныныңбөлігідененіңсәулешығаруқабілеті депаталады .

Сәулешығаруқабілетісәулешығарудыңэнергиясыныңжиіліккетәуелдітаралуфункциясыболыптабылады. Энергетикалықжарқырау мен сәулешығаруқабілетібір-біріменбайланысты:

Ендіденебетініңауданынасәулеағынытүссін. Осыағынныңбірбөлігінденежұтады, екіншібөлігішағылады.Шағылғанэнергияныөлшемсізшағылдыруқабілетідепаталатыншамаменсипаттайды. Алжұтылғанэнергияныдененіңжұтқыштыңқабілетішамасыменсипаттайды:

Онда

Егерденетүскенсәулелікэнергиянытолығыменжұтатынболса, мұндайденеабсолютқараденедепаталады. Барлықжиіліктеабсолютқараденеүшін: , . Абсолюттікқарадененіңмысалы – кішкенетесігі бар үлкенқуысдене. Осындайқуысішінеенгенсәулеоныңқабырғасыныңішкібетінен сан ретшағылып, сәулееңсоңындатолығыменжұтылады.

Мөлдіремесдененіңсәулешығарғыштыңжәнежұтқыштыңқабілеттеріарасындамынадайбайланыс бар

Бұлзаңды 1859 жылыГ.Кирхгофтағайындады. Сондықтан Кирхгоф заңыдепаталады.

Денелердіңэнергетикалықжарқырауыныңспектрліктығыздығыныңоныңжұтқыштыққабілетінетәуелділігіденематериалынатәуелсізжәнебарлықденелерүшінбірдей, ол температура мен жиіліктіңфункциясыболыптабылды.

функциясы Кирхгоф функциясыдепаталады. Формуладанкөріптұрғанымыздай, бірдейтемпературадакезкелгендененіңсәулешығарғыштыққабілетіабсолютқарадененіңсәулешығарғыштыққабілетіненүлкенболмайды.

Заттардың корпускулалық-толқындық дуализмді. Де Бройль гипотезасы және оны тәжерибелермен растау. Де Бройль толқынының қасиеттері.

Зат қасиеттерінің корпускулалық-толқындық дуализмі.Классикалық физикада бөлшек пен толқынның табиғатын әр түрлі деп қарастырады. Бөлшек дискретті, кеңістікте өте аз көлем алады, ал толқын болса кеңістікте өте үлкен орын алады. Толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде жартылай сынып, екінші ортада таралады, ал жартысы шағылып, интерференцияланады. Бөлшек болса біртұтас, ол интерференцияланбайды. Бірақ ХІХ ғ. 20-жылдарында физикада табиғаттың іргелі заңы ашылды, ол заттың корпускулалық-толқындық дуализмі деп аталады, мұнда бөлшек пен толқын туралы түсініктер біріктірілді.

Де Бройль гипотезасыБөлшек пен толқын дуализмін бірінші рет француз ғалымы Луи де Бройль1924 жылы тұжырымдады.Де Бройль идеясы бойынша, дуализм тек оптикалық құбылыстарға ғана тән емес, оның универсалды мәні бар, яғни корпускулалық-толқындық қасиеттер тек қана фотонмен бірге, барлық бөлшектерде болады; мысалы, электронда да болады.Сонымен Де Бройль теориясы бойынша кез-келген микрообъектінің біжағынан корпускулалық сипаттамалары болады: энергия W , импульс p , екіншіжағынан толқындық сипаттамалары болады: жиілік , толқын ұзындығы .Кез-келген бөлшектің корпускулалық-толқындық сипаттамалары дәл фотонныңсипаттамалары сияқты байланысқан:

(10.1)

Еркін қозғалатын бөлшек ретінде қарастырылатын толқын де Бройль

толқыны деп аталады. Кез-келген бөлшектің W энергиясы оның импульсіне р тәуелді W ( p ) . Бұл тәуелділік әр бөлшек үшін әр түрлі, (себебі әр бөлшектің табиғаты әр түрлі, мысалы релятивистік емес бөлшек үшін W =p2/ 2 m).Кез-келген толқынның жиілігі w (k ) оның толқындық векторына тәуелді; Бұл тәуелділік w (k ) дисперсия заңы деп аталады. Бұл заң әрбір толқын үшін әр түрлі жазылады. Сонымен, энергиясы өте жоғары емес (u << c) қозғалыстағы электронға немесе кез-келген бөлшекке толқын ұзындығы

болатын толқындық процесс сәйкес келеді, мұндағы m және u – бөлшектің массасы мен жылдамдығы.Механикадағы макроскопиялық денелердің толқындық қасиеттері байқалмайды. Мысалы, массасы 1 г дене 10 м/с жылдамдықпен қозғалса, оғансәйкес де Бройльдық толқын ұзындығы .Қазіргі уақытта элементар бөлшектер физикасында м-ге дейінгі арақашықтықта эксперимент жасауға болады, одан аз қашықтықты бақылай алмаймыз. Сондықтан макроскопиялық дененің толқындық қасиетін ескермейміз. Микроскопиялық бөлшектер үшін, мысалы, энергиясы 10 эВ-тан эВ-қа дейінгі электрон үшін Бройль толқынының ұзындығы l ≈ 10 м, бұл рентген сәулелерінің толқынұзындығының диапозоны болып табылады. Сондықтан мұндай электрондардыңтолқындық қасиеттері рентген сәулелерінің дифракциясы байқалатын кристалдармен шашыратқанда көрінеді. Де Бройль гипотезасын америка ғалымдары К.Дэвиссон мен Л.Джеммер эксперимент жүзінде электрондар ағынының интерференциясын зерттегенде дәлелдеді. П.С. Тартаковский және Г.П. Томсон бір-біріне тәуелсіз электрондардың металл фольгадан өткен кездегі дифракциясын бақылады. Л.М. Биберман, Н.Г. Сушкин и В.А. Фабрикант (1949 ж.) тәжірибелерінде толқындық қасиеттер микробөлшектер ағынына емес, жекелеген микробөлшектерге тән екенін дәлелденді.Де Бройль толқындарының статистикалық түсіндірмесі Электрондардың дифракциясы бойынша жасалған тәжірибелердің нәтижелерін корпускулалық түсініктер тұрғысынан түсіндіріп көрейік. Дифракциялық құрылғыдан өтетін бөлшектердің саны аз болса, электрондар түсетін фотопластинкадағы нүктелер ешқандай заңдылықпен таралмайды.