В този случай тялото се нагрява поради радиация. Дължина на вълната на топлинното излъчване. Закон за поглъщане на лъчиста енергия

Пропускайки излъчването на тяло през устройство, което го разлага на спектър, може да се прецени наличието на вълни с една или друга дължина в излъчването, както и да се оцени разпределението на енергията върху части от спектъра. Такива спектри се наричат емисионни спектри.Оказва се, че парите и газовете (особено едноатомните), когато се нагряват или по време на електрически разряд, дават (при ниско налягане, когато взаимодействието на атомите е практически незабележимо) линейни спектри, състоящи се от относително тесни "линии", т.е. честотни интервали, където интензитетът на излъчване е значителен. И така, водородът дава пет линии във видимата част на спектъра, натрият - една (жълта) линия. Когато се използва спектрално оборудване с висока разделителна способност, в редица линии се открива сложна структура. С повишаване на налягането, когато взаимодействието на атомите един с друг се отразява, както и при сложна структура на молекулите, се получават по-широки линии, които се превръщат в относително широки ленти със сложна структура (ивици спектри). Такива ивици, по-специално, се наблюдават в течности. И накрая, когато се нагряват, твърдите вещества дават практически непрекъснати спектри, но разпределението на интензитета в спектъра е различно за различните тела.

Спектралният състав на лъчението зависи и от температурата на телата. Колкото по-висока е температурата, толкова повече (при прочие равни условия) преобладават високите честоти. И така, тъй като температурата на нажежаемата жичка на лампа с нажежаема жичка се повишава, с промени в тока, протичащ през нея, цветът на нажежаемата жичка се променя: в началото нишката свети слабо с червена светлина, след това видимото излъчване става по-интензивно и кратко -дължина на вълната - преобладава жълто-зелената част от спектъра. Но, както ще стане ясно по-късно, и в този случай по-голямата част от излъчената енергия съответства на невидимия инфрачервен диапазон.

Ако лъчението с непрекъснат спектър се пропусне през слой от материя, тогава настъпва частично поглъщане, в резултат на което се получават линии с минимален интензитет върху непрекъснатия спектър на излъчване. Във видимата част на спектъра те се появяват в контраст като тъмни ленти (или линии); такива спектри се наричат абсорбционни спектри.Така слънчевият спектър, изрязан от система от тънки тъмни линии (линии на Фраунхофер), е абсорбционен спектър; протича в атмосферата на слънцето.

Изследването на спектрите показва, че с промяна на телесната температура се променя не само излъчването на светлина, но и нейното поглъщане. В този случай се установи, че добре излъчващите тела също имат голямо поглъщане (Prevost), а погълнатите честоти съвпадат с излъчваните (Kirchhoff). Тук не отчитаме явленията, свързани с преобразуването на честотата (луминесценция, ефект на Комптън, Раманово разсейване), които обикновено играят незначителна роля.

От особен интерес за физиците от XIX век. предизвика излъчването на нагрети тела. Факт е, че по време на електрически разряд, по време на определени химични реакции (хемилуминесценция), по време на обикновена луминесценция, е необходим непрекъснат разход на енергия, поради което възниква радиация, т.е. процесът е неравновесен.

Излъчването на нагрятото тяло при определени условия може да бъде в равновесие, тъй като излъчената енергия може да се абсорбира. През 19 век термодинамиката е разработена само за равновесни процеси; следователно може да се надяваме на създаването само на теория за излъчването на нагрето тяло.

И така, нека си представим тяло, което има кухина вътре с огледални (тоест напълно отразяващи излъчване с всякаква честота) стени. Нека в тази кухина са поставени две произволни тела, даващи непрекъснат спектър на излъчване; тяхната температура първоначално може да е различна. Те ще обменят радиационна енергия, докато се установи равновесно състояние: енергията, погълната за единица време от елемент от повърхността на всяко тяло, ще бъде равна на енергията, излъчвана от същия елемент. В този случай цялата кухина ще бъде изпълнена с излъчване с различни честоти. Според руския физик Б. Б. Голицин на това излъчване трябва да бъде приписана същата температура, която ще се установи за излъчващи тела след достигане на равновесно състояние.

За количествено описание въвеждаме функцията на разпределение д(ν, Т),Наречен излъчвателна способносттяло. Работете edv, където dv- безкрайно малък честотен интервал (близо до честотата ν), дава енергията, излъчвана от единица повърхност на тялото за единица време в честотния интервал (ν, ν+ dv).

По-нататък ще се обадим абсорбционен капацитетфункция на тялото но(ν,T), който определя съотношението на енергията, погълната от елемент от повърхността на тялото към падащата върху него енергия, съдържаща се в честотния интервал (v, ν + dv).

По същия начин може да се дефинира отразяваща способностr(ν , Т)като отношението на отразената енергия в честотния диапазон (ν, v+dν) към падащата енергия.

Идеализираните огледални стени имат отражателна способност, равна на единица в целия честотен диапазон - от най-малката до произволно голяма.

Да приемем, че е настъпило състояние на равновесие, докато първото тяло за единица време излъчва мощност от всяка единица от повърхността

Ако радиация дойде към тази единична повърхност от кухината, описана от функцията Ɛ(v, т) dv, тогава частта от енергията, определена от произведението a 1 (v, т) Ɛ(v, т) dv, ще бъде погълната, останалата част от радиацията ще бъде отразена. В същото време единична повърхност на второто тяло излъчва мощност д 2 (v, т) dv, но погълнат а 2 (v, т)Ɛ(v, т) dv.

От това следва, че при равновесие е изпълнено следното условие:

Може да се представи като

(11.1)

Този запис подчертава, че съотношението на излъчвателната способност на всяко тяло към неговия абсорбционен капацитет при дадена температура в определен тесен честотен диапазон е постоянна стойност за всички тела. Тази константа е равна на излъчвателната способност на т.нар черно тяло(т.е. тела с абсорбция, равна на единица в целия възможен честотен диапазон).

Това черно тяло се оказва кухината, която разглеждаме. Следователно, ако се направи много малка дупка в стената на тяло с кухина, която не нарушава забележимо термичното равновесие, тогава слаб радиационен поток от тази дупка ще бъде характерен за излъчването на черното тяло. В същото време е ясно, че радиацията, влизаща през такъв отвор в кухината, има пренебрежимо малка вероятност да излезе обратно, т.е. кухината има пълна абсорбция, както би трябвало да бъде за черно тяло. Може да се покаже, че нашите разсъждения остават валидни дори когато огледалните стени се заменят със стени с по-ниска отражателна способност; вместо две тела, човек може да вземе няколко или едно, или просто да разгледа излъчването на стените на самата кухина (ако те не са огледални). Законът, изразен с формула (11.1), се нарича закон на Кирхоф. От закона на Кирхоф следва, че ако функцията Ɛ(v, Т),характеризиращ излъчването на черно тяло, то излъчването на всяко друго тяло може да се определи чрез измерване на неговата абсорбционна способност.

Имайте предвид, че малка дупка в стената на, например, муфелна пещ при стайна температура изглежда черна, тъй като поглъщайки цялата радиация, която влиза в кухината, кухината почти не излъчва, тъй като е студена. Но когато стените на пещта се нагряват, дупката изглежда свети ярко, тъй като потокът от "черно" излъчване, излизащ от нея при висока температура (900 K и повече), е доста интензивен. С повишаване на температурата интензитетът се увеличава и червеното излъчване първо се възприема като жълто, а след това като бяло.

Ако в кухината има например чаша от бял порцелан с тъмен шарка, тогава моделът няма да се забележи вътре в горещата пещ, тъй като собственото му излъчване, заедно с отразеното, съвпада по състав с излъчването запълване на кухината. Ако бързо изнесете чашата навън, в светла стая, тогава отначало тъмният модел свети по-ярко от белия фон. След охлаждане, когато собственото излъчване на чашата стане изчезващо малко, светлината, изпълваща стаята, отново произвежда тъмен модел на бял фон.

Нагретите тела излъчват електромагнитни вълни. Това излъчване се осъществява чрез преобразуване на енергията на топлинното движение на частиците на тялото в енергия на излъчване.

Електромагнитното излъчване на тяло в състояние на термодинамично равновесие се нарича топлинно (температурно) излъчване. Понякога топлинното излъчване се разбира не само като равновесно, но и като неравновесно излъчване на телата поради тяхното нагряване.

Такова равновесно излъчване възниква, например, ако излъчващото тяло е вътре в затворена кухина с непрозрачни стени, чиято температура е равна на температурата на тялото.

В топлоизолирана система от тела при една и съща температура топлообменът между телата чрез излъчване и поглъщане на топлинна радиация не може да доведе до нарушаване на термодинамичното равновесие на системата, тъй като това би противоречило на втория закон на термодинамиката.

Следователно за топлинното излъчване на телата трябва да се изпълни правилото на Прево: ако две тела при една и съща температура поглъщат различни количества енергия, то тяхното топлинно излъчване при тази температура трябва да е различно.

Коефициент на излъчване (емисионна способност) или спектрална плътност на енергийната осветеност на тялото се нарича стойността на En, m, числено равна на повърхностната плътност на мощността на топлинното излъчване на тялото и честотния интервал на единичната ширина:

Където dW са енергиите на топлинното излъчване на единица площ от повърхността на тялото за единица време в честотния диапазон от v до v + dr.

Коефициентът на излъчване En,m е спектрална характеристика на топлинното излъчване на тялото. Зависи от честотата v, абсолютната температура T на тялото, както и от неговия материал, форма и състояние на повърхността. В системата SI En,t се измерва в j/m2.

Коефициентът на абсорбция или монохроматичен коефициент на поглъщане на тялото се нарича стойност An,t, показваща каква част от енергията dWfall, доставена за единица време на единица площ от повърхността на тялото от падащи върху него електромагнитни вълни с честоти от v до v + dv се усвоява от тялото:

An,t е безразмерна величина. Зависи, освен честотата на излъчване и телесната температура, от неговия материал, форма и състояние на повърхността.

Едно тяло се нарича абсолютно черно, ако при която и да е температура то напълно абсорбира всички електромагнитни полета, падащи върху него: An,t черно = 1.

Реалните тела не са абсолютно черни, но някои от тях са близки до напълно черно тяло по оптични свойства (сажди, платинено черно, черно кадифе в областта на видимата светлина имат An,m, които се различават малко от единица)

Едно тяло се нарича сиво, ако неговата абсорбционна способност е еднаква за всички честоти n и зависи само от температурата, материала и състоянието на повърхността на тялото

Съществува връзка между радиационните En,t и поглъщащите An,t способности на всяко непрозрачно тяло (законът на Кирхоф в диференциална форма):

За произволна честота и температура съотношението на излъчваната способност на едно тяло към неговата абсорбционна способност е еднакво за всички тела и е равно на излъчвателната способност en,m на напълно черно тяло, което е функция само на честотата и температурата ( Функция на Кирхоф En,m = An,ten,m = 0).

Интегрална излъчвателна способност (енергийна осветеност) на тялото:

е повърхностната плътност на мощността на топлинното излъчване на тялото, т.е. енергия на излъчване на всички възможни честоти, излъчвана от единица повърхност на тяло за единица време.

Интегрална излъчвателна способност eТ на черно тяло:

2. Закони на излъчването на черното тяло

Законите на излъчването на черното тяло установяват зависимостта на eT и e n,T от честотата и температурата.

Законът на Кмефан - Болтсмап:

Стойността на σ е универсалната константа на Стефан-Болцман, равна на 5,67 -10-8 W/m2*deg4.

Разпределението на енергията в спектъра на излъчване на черно тяло, т.е. зависимостта на en, T от честотата при различни температури, има формата, показана на фигурата:

Законът на виното:

където c е скоростта на светлината във вакуум, а f(v/T) е универсалната функция на отношението на честотата на излъчване на черното тяло към неговата температура.

Честотата на излъчване nmax, съответстваща на максималната стойност на излъчвателната способност en, T на напълно черно тяло, според закона на Виен е равна на

Където b1 е постоянна стойност в зависимост от формата на функцията f(n/T).

Законът за изместване на Буна: честотата, съответстваща на максималната стойност на излъчвателната способност en,T на напълно черно тяло, е право пропорционална на неговата абсолютна температура.

От енергийна гледна точка черното излъчване е еквивалентно на излъчването на система от безкраен брой невзаимодействащи хармонични осцилатори, наречени радиационни осцилатори. Ако ε(ν) е средната енергия на радиационен осцилатор със собствена честота ν, тогава

ν= и

Съгласно класическия закон за равномерното разпределение на енергията по степени на свобода, ε(ν) = kT, където k е константата на Болцман, и

Това съотношение се нарича формула на Rayleigh-Jeans. В областта на високите честоти това води до рязко несъответствие с експеримента, който се нарича „ултравиолетова катастрофа: en, T монотонно нараства с нарастваща честота, без максимум, а интегралната излъчвателна способност на напълно черно тяло се превръща в безкрайност .

Причината за горните трудности, възникнали при намирането на формата на функцията на Кирххоф en, T, е свързана с една от основните положения на класическата физика, според която енергията на всяка система може да се променя непрекъснато, т.е. произволно близки стойности.

Според квантовата теория на Планк, енергията на радиационен осцилатор с естествена честота v може да приеме само определени дискретни (квантувани) стойности, които се различават с цял брой елементарни части - енергийни кванти:

h \u003d b, 625-10-34 j * sec - константа на Планк (квант на действие). В съответствие с това излъчването и поглъщането на енергия от частици на излъчващо тяло (атоми, молекули или йони), обменящи енергия с радиационни осцилатори, трябва да се извършват не непрекъснато, а дискретно - на отделни порции (кванти).

Опит за описание:

Терминът е въведен от Густав Кирхоф през 1862 г.

Изучаването на законите на излъчването на черното тяло е една от предпоставките за появата на квантовата механика. Опитът да се опише излъчването на абсолютно черно тяло въз основа на класическите принципи на термодинамиката и електродинамиката води до закона на Рейли-Джинс.
На практика такъв закон би означавал невъзможност за термодинамично равновесие между материя и излъчване, тъй като според него цялата топлинна енергия би трябвало да се преобразува в енергия на излъчване в късовълновата област на спектъра. Такова хипотетично явление се нарича ултравиолетова катастрофа.
Независимо от това, радиационният закон на Rayleigh-Jeans е валиден за дълговълновата област на спектъра и описва адекватно естеството на излъчването. Фактът на такова съответствие може да се обясни само с помощта на квантовомеханичния подход, според който излъчването протича дискретно. Въз основа на квантовите закони можете да получите формулата на Планк, която ще съвпада с формулата на Рейли-Джинс.
Този факт е отлична илюстрация на действието на принципа на съответствието, според който новата физическа теория трябва да обясни всичко, което старата е била в състояние да обясни.

Интензитетът на излъчване на черно тяло в зависимост от температурата и честотата се определя от закона на Планк.

Общата енергия на топлинното излъчване се определя от закона на Стефан-Болцман. По този начин, черно тяло при T = 100 K излъчва 5,67 вата на квадратен метър от повърхността си. При температура от 1000 К мощността на излъчване нараства до 56,7 киловата на квадратен метър.

Дължината на вълната, при която енергията на излъчване на черно тяло е максимална, се определя от закона за изместване на Wynn. Така че, ако приемем в първо приближение, че човешката кожа е близка по свойства до абсолютно черно тяло, тогава максимумът на радиационния спектър при температура от 36 ° C (309 K) се намира при дължина на вълната от 9400 nm (в инфрачервена област на спектъра).

Електромагнитното излъчване, което е в термодинамично равновесие с абсолютно черно тяло при дадена температура (например радиация вътре в кухина в абсолютно черно тяло), се нарича излъчване на черно тяло (или топлинно равновесие). Равновесното топлинно излъчване е хомогенно, изотропно и неполяризирано, в него няма пренос на енергия, всичките му характеристики зависят само от температурата на излъчвателя на абсолютно черно тяло (и тъй като излъчването на черно тяло е в топлинно равновесие с дадено тяло, тази температура може се приписва на радиацията).

Много близко по своите свойства до черното тяло е така нареченото реликтно излъчване, или космическият микровълнов фон - излъчване, изпълващо Вселената с температура около 3 К.

24) Елементарна квантова теория на лъчението.Основното тук (накратко): 1) Излъчването е следствие от преминаването на квантова система от едно състояние в друго – с по-малко енергия. 2) Излъчването не се случва непрекъснато, а на порции енергия - кванти. 3) Квантовата енергия е равна на енергийната разлика между нивата. 4) Честотата на излъчване се определя по добре познатата формула E=hf. 5) Квантът на излъчване (фотон) проявява свойствата както на частица, така и на вълна. Детайл:Квантовата теория на радиацията е използвана от Айнщайн за интерпретиране на фотоелектричния ефект. Квантовата теория на радиацията дава възможност да се обоснове теорията на Айнщайн. Квантовата теория на радиацията (като се вземат предвид някои предположения за ренормализацията) описва доста пълно взаимодействието на радиацията с материята. Въпреки това е изкушаващо да се твърди, че концептуалните основи на квантовата теория на излъчването и концепцията за фотона се разглеждат най-добре от гледна точка на класическото поле и флуктуациите, свързани с вакуума. Въпреки това, напредъкът в квантовата оптика представи нови аргументи за квантуване на електромагнитното поле, а с тях и по-задълбочено разбиране на природата на фотоните. Квантовата теория на излъчването на светлина използва значително факта, че енергията на взаимодействие между вещество (атом, молекула, кристал) и електромагнитно поле е много малка. Това позволява в нулево приближение да се разглеждат полето и материята независимо един от друг и да се говори за фотони и стационарни състояния на материята. Отчитането на енергията на взаимодействието в първо приближение разкрива възможността за преход на вещество от едно стационарно състояние в друго. Тези преходи са придружени от появата или изчезването на един фотон и следователно представляват онези елементарни действия, които съставляват процесите на излъчване и поглъщане на светлина от материята. Според квантовата теория на излъчването, елементарният процес на фотолуминесценция трябва да се разглежда като състоящ се от акт на електронно възбуждане на молекули на луминесцентна субстанция от погълнати фотони и последващо излъчване на молекули по време на прехода им от възбудено състояние в нормално състояние. Както показват експерименталните изследвания, елементарният процес на фотолуминесценция не винаги протича в границите на един излъчващ център. За да се изгради квантова теория на излъчването, се оказа необходимо да се вземе предвид взаимодействието на електрон с второ квантовано поле от фотони.
Началото на развитието на квантовата теория на излъчването от заряд, движещ се в електромагнитното поле на плоска вълна, е положено от добре познатата работа на Клайн и Нишина, в която се разглежда разсейването на фотон от електрон в покой . Планк излага квантовата теория на радиацията, според която енергията се излъчва и поглъща не непрекъснато, а на определени порции - кванти, наречени фотони. Така квантовата теория на излъчването не само води до изводите, които следват от вълновата теория, но и ги допълва с ново предсказание, което намира блестящо експериментално потвърждение. Вълнов пакет с минимална несигурност в различни моменти в потенциалното поле на хармоничен осцилатор (а. съответното електрическо поле (б. С развитието на квантовата теория на радиацията и с появата на лазера, полето заявява, че най-точно описаното класическото електромагнитно поле се изучава до голяма степен.От времето въпросът доколко уравненията на Планк и Стефан-Болцман описват плътността на енергията вътре в реални, крайни кухини с полуотражателни стени е обект на многократни дискусии, повечето от които се случи през първите две десетилетия на този век, но въпросът не беше напълно затворен и през последните години интересът към този и някои други свързани проблеми се възроди. Сред причините за възраждането на интереса към този най-стар предмет на съвременната физика са развитието на квантовата оптика, теорията на частичната кохерентност и нейното приложение към изучаването на статистическите x радиационни свойства; недостатъчно разбиране на процесите на топлообмен чрез излъчване между близко разположени тела при ниски температури и проблема за стандартите за далечно инфрачервено лъчение, за което дължината на вълната не може да се счита за малка, както и редица теоретични проблеми, свързани със статистическата механика на крайни системи. Той също така показа, че в границата на големи обеми или високи температури, номерът на Jeans е валиден за кухина с всякаква форма. По-късно, на базата на резултатите от работата на Weyl, бяха получени асимптотични приближения, където D0 (v) беше просто първият член от редицата, чийто общ сбор D (v) беше средната плътност на модата. Вълната към Vroy - Gosya в кръгова орбита, е необходимо сумата-la, свързана с дължината на траекторията на електро-марма Znr, да бъде кратна в хипотезата на кръга. z z орбита. Вълни, които разрушават дължината на вълната на електрона. в противен случай се показват смущенията при разклащане - ако вълната ще бъде унищожена поради действието, мазнините - се показват смущения (9. Състояние на основната линия. образуването на стабилна орбита с радиус r вас. По аналогия с квантовата теория на излъчването, дьо Бройл предполага през 1924 г., че електронът и, освен това, всяка материална частица като цяло, притежават едновременно вълнови и корпускулни свойства. Според де Бройл движеща се частица с маса m и скорост v съответства на дължина на вълната K h / mv, където h е константа на Планк. В съответствие с квантовата теория на излъчването, енергията на елементарните излъчватели може да се променя само в скокове, кратни на някаква стойност, която е постоянна за дадена честота на излъчване. Минималната част от енергията се нарича енергиен квант. Брилянтното съгласие между напълно квантовата теория на радиацията и материята и експеримента, постигнато чрез примера на изместването на Ламб, предостави силен аргумент в полза на квантуването на радиационното поле. Подробно изчисление на изместването на Ламб обаче ще ни отведе далеч от основното течение на квантовата оптика. Mössbauer преходи, най-удобните в експеримента. Тези данни потвърждават изводите на квантовата теория на излъчването за гама диапазона.
След като представим това кратко обосноваване на квантовата теория на излъчването, преминаваме към квантуването на свободното електромагнитно поле. Масата на покой на фотона в квантовата теория на излъчването се счита за нула. Това обаче е само постулат на теорията, защото нито един реален физически експеримент не може да потвърди това. Нека се спрем накратко върху основните положения на квантовата теория на излъчването. Ако искаме да разберем действието на лъчевия разделител и неговите квантови свойства на базата на квантовата теория на излъчването, трябва да следваме горната рецепта: първо да намерим собствените модове и след това да квантуваме, както е описано в предишната глава. Но какви са граничните условия в нашия случай, които определят тези режими. Първо, необходимо е да се разшири квантовата теория на радиацията, за да се разгледат неквантовите стохастични ефекти като топлинни флуктуации. Това е важен компонент от теорията за частичната кохерентност. В допълнение, такива разпределения изясняват връзката между класическите и квантовите теории. Книгата е наръчник за изучаване на курсовете Квантова теория на лъчението и Квантова електродинамика. Принципът на изграждане на книгата: представянето на основите на курса заема малка част от неговия обем, по-голямата част от фактическия материал е даден под формата на задачи с решения, необходимият математически апарат е даден в приложенията. Цялото внимание е насочено към нерелативистичния характер на радиационните преходи в атомните системи. Теоретично AnJBnm във формула (11.32) не може да бъде определен от елементарната квантова теория на излъчването на черното тяло. Айнщайн показа, още преди развитието на квантовата теория на радиацията, че статистическото равновесие между излъчване и материя е възможно само когато наред със стимулирано излъчване, пропорционално на плътността на радиацията, има спонтанно излъчване, което се появява дори при липса на външна радиация. Спонтанното излъчване се дължи на взаимодействието на атомна система с нулеви трептения на електромагнитното поле. Айнщайн показа, още преди развитието на квантовата теория на радиацията, че статистическото равновесие между излъчване и материя е възможно само когато наред със стимулирано излъчване, пропорционално на плътността на радиацията, има спонтанно излъчване, което се появява дори при липса на външна радиация. Спонтанното излъчване се дължи на взаимодействието на атомна система с нулеви трептения на електромагнитното поле. Старк и Айнщайн, въз основа на квантовата теория на радиацията, в началото на 20-ти век формулират втория закон на фотохимията: всяка молекула, участваща във фотохимична реакция, абсорбира един радиационен квант, който предизвиква реакцията. Последното се дължи на изключително ниската вероятност за повторно поглъщане на квант от възбудените молекули, поради ниската им концентрация в веществото. Изразът за коефициента на поглъщане се получава на базата на квантовата теория на лъчението. За микровълновата област това е сложна функция в зависимост от квадрата на честотата на прехода, формата на линията, температурата, броя на молекулите на по-ниското енергийно ниво и квадрата на матричния елемент на диполния момент на прехода

25 Радиационната теория на Айнщайн и генериране на светлина

Айнщайн започва с разглеждането на една трудност в теорията на излъчването на черното тяло. Ако си представим, че електромагнитните осцилатори, които са молекули на тялото, се подчиняват на законите на класическата статистика на Максуел-Болцман, тогава всеки такъв осцилатор ще има средно енергия:

където R е константата на Клапейрон, N е числото на Авогадро. Използвайки връзката на Планк между средната енергия на осцилатор и обемната енергийна плътност, която е в равновесно излъчване с него:

където Eν е средната енергия на честотния v осцилатор, L е скоростта на светлината, ρ е обемната плътност на радиационната енергия, Айнщайн пише уравнението:

От него той намира обемната енергийна плътност:

„Тази връзка“, пише Айнщайн, „открита при условие на динамично равновесие, не само противоречи на опита, но също така заявява, че в нашата картина не може да става дума за някакво недвусмислено разпределение на енергията между етер и материя“. Всъщност общата радиационна енергия се оказва безкрайна:

Подобен извод е постигнат през същата 1905 г. независимо от Рейли и Жан. Класическата статистика води до закон за радиацията, който е в рязък контраст с експеримента. Тази трудност е наречена "ултравиолетова катастрофа".

Айнщайн посочва, че формулата на Планк:

преминава за дълги дължини на вълната и висока плътност на радиация във формулата, която открива:

Айнщайн подчертава, че стойността на числото на Авогадро съвпада със стойността, намерена по друг начин. Обръщайки се по-нататък към закона на Виен, който е добре обоснован за големи стойности на ν/T, Айнщайн получава израз за ентропията на радиацията:

„Това равенство показва, че ентропията на монохроматичното излъчване с достатъчно ниска плътност зависи от обема по същия начин, както ентропията на идеален газ или разреден разтвор.“

Пренаписване на този израз като:

и го сравнявам със закона на Болцман:

S-S0= (R/N) lnW,

Айнщайн намира израз за вероятността енергията на излъчване в обема V0 да бъде концентрирана в част от обема V:

Три опции за генериране на светлина

По принцип има три начина за генериране на светлина: топлинно излъчване, газов разряд с високо и ниско налягане.

· Топлинно излъчване - излъчване на нагрят проводник до максимална температура при преминаване на електрически ток. Пробата е слънцето с повърхностна температура 6000 K. Най-подходящият елемент за това е волфрам с най-висока точка на топене сред металите (3683 K).

Пример: Лампите с нажежаема жичка и халогенните лампи се захранват от топлинно излъчване.

· Газово-дъгов разряд се появява в затворен стъклен съд, пълен с инертни газове, метални пари и редкоземни елементи, когато се приложи напрежение. Получените сияния на газообразни пълнители дават желания цвят на светлината.

Пример: Живачни, металхалогенни и натриеви лампи работят поради газово-дъгов разряд.

Луминесцентен процес. Под действието на електрически разряд живачните пари, изпомпвани в стъклена тръба, започват да излъчват невидими ултравиолетови лъчи, които, попадайки върху фосфор, отложен върху вътрешната повърхност на стъклото, се превръщат във видима светлина.

Пример: Флуоресцентните лампи, компактните флуоресцентни лампи се захранват от флуоресцентния процес.

26) СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ - набор от методи за определяне на елементния и молекулярния състав и структура на веществата по техните спектри. С помощта на С.<а. определяют как осн. компоненты, составляющие 50- 60% вещества анализируемыхобъектов, так и незначит. примеси в них (до и менее). С. а. - наиб. распространённый аналитич. метод, св. 20- 30% всеханализов выполняется с помощью этого метода, в т. ч. контроль состава сплавовв металлургии, автомоб. и авиац. пром-сти, технологии переработки руд, <анализ экологич. объектов и материалов высокой чистоты, хим., биол. и мед. <исследования. Особо важное значение С. а. имеет при поисках полезных ископаемых.

Основата на S. a. е спектроскопията на атомите и молекулите; той се класифицира според целите на анализа и видовете спектри. В атомна С. и. (ASA) определя елементния състав на пробите чрез атомни (йонни) емисионни и абсорбционни спектри; в молекулярни S. и. (ISA) - молекулярният състав на вещество според молекулярните спектри на абсорбция, излъчване, отражение, луминесценция и Раманово разсейване на светлината. Емисия S. a. извършва се според емисионните спектри на възбудени атоми, йони и молекули. Абсорбция S. a. проведено според спектрите на поглъщане на анализираните обекти. В S. a. често комбинират няколко<спектральных методов, а также применяют др. аналитич. методы, что расширяетвозможности анализа. Для получения спектров используют разл. типы спектральныхприборов в зависимости от целей и условий анализа. Обработка эксперим. <данных может производиться на ЭВМ, встроенных в спектральный прибор. Атомен спектрален анализИма две основни атомен вариант. а. - атомна емисия (AESA) и атомна абсорбция (AAA). Атомно-емисионният спектрален анализ се основава на зависимостта 1 =f(c) на интензитета 1 на спектралната линия на излъчване (емисия) на определения елемент x от концентрацията му в анализирания обект: където е вероятността за квантов преход от състояние q в състояние p, n q е концентрацията на атоми в състояние q в източника на лъчение (изследваното вещество), е честотата на квантовия преход. Ако локалното термодинамично равновесие е изпълнено в радиационната зона, концентрацията на електрони p e 14 -10 15 и тяхното разпределение на скоростите са максуелски,<то където n a е концентрацията на невъзбудените атоми на елемента, който се определя в радиационната област, g q е статистическото тегло на състоянието q, Z е статистическата сума за q състоянията и ниво на енергия на възбуждане q. По този начин желаната концентрация n a е f-ция на температурата, която практически не може да бъде строго контролирана. Следователно, обикновено измервайте интензивността на аналитичния. линии спрямо определена вътр.<стандарта, присутствующего в анализируемом объекте в известной концентрацииn ст. Если стандартная линия близка к аналитической, то (K - постоянная величина). Эта зависимость используется в С. а. в тех случаях, <когда отсутствует самообращение используемых линий.

В AESA те се използват основно. спектрални инструменти с фоторегистрация (спектрографи) и фотоелектрически. регистрация (квантометри). Излъчването на изследваната проба се насочва към входния процеп на устройството с помощта на система от лещи, удря дисперсионно устройство (призма или дифракционна решетка) и след монохроматизация се фокусира от система от лещи във фокалната равнина, където фотографската плоча или изходна прорезна система (квантометър), зад която се монтират фотоклетки или фотоумножители. При фотографиране интензитетите на линиите се определят от плътността на почерняване S, измерена с микрофотометър: където p е т.нар. константа на Шварцшилд, - контрастен фактор; t - време на експозиция. В AESA изследваното вещество трябва да е в състояние на атомен газ.<Обычно атомизация и возбуждение атомов осуществляются одновременно - висточниках света. Для анализа металлов, сплавов и др. проводников чащевсего используют дуговой разряд или искровой разряд,гдев качестве электродов служат сами анализируемые пробы. Дуговой разряд применяетсяи для анализа непроводящих веществ. В этом случае порошкообразную пробупомещают в углубление в графитовом электроде (метод испарения) или с помощьюразл. устройств вводят порошок в плазму дугового разряда между горизонтальнорасположенными графитовыми электродами. Применяется также введение порошкообразныхпроб в дуговые плазмотроны. При АЭСА растворов в качестве источников возбуждающего света применяютпламя горючих газов (смеси ацетилен - кислород, ацетилен - закись азотаи др.). В качестве источников света начали использовать также безэлектродныйразряд и особенно индуктивносвязанную плазму. Во всех случаях растворв виде аэрозоля потоком аргона вводят в зону возбуждения спектра (темп-ра2500-3000 К в пламенах и 6000- 10000 К в плазме разряда), где происходитвысушивание, испарение и атомизация аэрозоля. Процесс атомизации в методах АЭСА обычно носит термич. характер, чтопозволяет сделать нек-рые обобщения. В реальных условиях, учитывающих кинетикупроцесса, для частиц, находящихся в зоне с темп-рой ТT кип (T кип - темп-pa кипения), зависимость кол-ва испарившихсячастиц от времени описывается ур-нием: където r е радиусът на частицата, D е коефициентът. дифузия, - повърхностно напрежение на разтвора, p - налягане на наситените пари, M - mol. маса, - плътност. Използвайки това уравнение, можете да намерите количеството вещество, изпарено за времето t.

Ако в този случай молекулата се състои от елементи n 1 и n 2, тогава степента на атомизация може да се изчисли от уравнението: където M 1 и M 2 са at. маси на елементи n 1 и n 2 ; Z 1 и Z 2 - статистически.<суммы по состояниям этих элементов, M МОЛ - мол. массаатомизирующейся молекулы, Z 3 - статистич. сумма по еёсостояниям, -энергия диссоциации молекулы. Такого типа расчёты позволяют найти концентрациюатомов определяемого элемента п а в ур-нии (2) и определитьеё связь с интенсивностью аналитич. линии. Необходимость учитывать взаимодействиеопределяемого элемента с окружающей средой, др. компонентами анализируемоговещества, ионизацию атомов определяемого элемента и др. эффекты значительноусложняет картину испарения и атомизации исследуемого вещества. С цельюоблегчения С. а. создаются спец. программы расчёта на ЭВМ достаточно сложныхреакций в газовой и конденсированных фазах при заданных темп-ре идавлении. В источниках излучения чаще всего не соблюдается термодинамич. равновесие, <поэтому эти расчёты могут использоваться лишь при выборе оптим. условийанализа. В АЭСА применяют эмпирич. метод, заключающийся в эксперим. построениианалитич. ф-ции с помощью серии стандартных образцов анализируемого материала с заранееточно известными содержаниями определяемого элемента. Такие образцы либоизготовляют специально, либо заранее в неск. образцах устанавливают концентрациюэтого элемента точными методами. Измеряя затем аналитич. сигнал , находят содержание определяемого элемента в пробе. Структура и физ.-хим. свойства анализируемого и стандартного объектовмогут оказаться неадекватными (различны, напр., условия парообразованиястепени атомизации, условий возбуждения). Эти различия приходится учитыватьпри С. а. В таких случаях используют метод факторного статистич. планированияэксперимента. В результате экспериментов получают т. н. ур-ния регрессии, <учитывающие влияние на интенсивность аналитич. линий концентраций всехэлементов, составляющих пробу, и устанавливают концентрацию анализируемогоэлемента с помощью этих ур-ний. Совр. многоканальные квантометры позволяютодновременно измерять интенсивность большого числа спектральных линий. <На основе этих эксперим. данных с помощью ЭВМ можно решать довольно сложныеслучаи анализа, однако за счёт измерения неск. линий случайная погрешностьопределения С. возрастает. Атомно-абсорбционный анализ (ААА) основан на зависимости аналитич. сигнала(абсорбционности) (где - интенсивности падающего и прошедшего сквозь образец света) от концентрации(Бугера- Ламберта - Берa закон): где k v - коэф. поглощения на частоте v, l - эфф. <длина светового пути в области поглощения, п - концентрация атомованализируемого элемента в парах. Схема установки ААА включает: независимый источник излучения света счастотой v, равной частоте аналитич. линии определяемого элемента; атомизатор, <преобразующий пробу в атомарный пар; спектрофотометр. Свет, прошедший сквозьатомный пар, системой линз направляется на входную щель спектрофотометра, <интенсивность аналитич. спектральной линии на выходе регистрируется фотоэлектрич. методом. Поскольку естественнаяширина спектральной линии, постоянна, зависит только от времени жизнивозбуждённого состояния и обычно пренебрежимо мала, разница контуров линиииспускания и поглощения определяется в осн. допплеровским и лоренцевским уширениями: (тук p е налягане, c е скоростта на светлината, m е атомна, M е молекулна маса, е еф. напречното сечение на сблъсъци, водещи до разширяване, K е константа).T. По този начин ширините на контурите на абсорбционните и емисионните линии могат да бъдат различни в зависимост от налягането, температурата и състава на газовата фаза в източника на лъчение и в поглъщащата клетка, което ще повлияе на формата на функцията и може да доведе до до двусмислени резултати на S. a. До известна степен това може да бъде елиминирано чрез доста сложни методи. При метода на Уолш се използват лампи с кух катод (HPC), които излъчват спектрални линии, които са много по-тесни от абсорбционните линии на атомите на елементите, които се определят в конвенционалните поглъщащи клетки. В резултат на това зависимостта в доста широк диапазон от стойности на A (0 -0,3) се оказва проста линейна функция. Като пулверизатор в AAA използвайте decomp. пламъци на базата на смеси водород - кислород, ацетилен - въздух, ацетилен - азотен оксид и др. Анализира се аерозол от разтвор на проба, издухан в горящ пламък. Последователно се измерват интензитетът и I 0 на светлината, пропусната през пламъка по време на подаването на аерозол и без него. В съвременен инструменти, измерването е автоматизирано. В някои случаи процесите на изпаряване и последващо атомизиране на пробата поради ниската температура на пламъците (T ~ 3000 K) в газовата фаза не протичат напълно. Процесите на изпаряване на аерозолни частици и степента на атомизация в пламъка също силно зависят от състава на пламъка (съотношението гориво и окислител), както и от състава на аерозолния разтвор. Добра аналитична възпроизводимост Сигнал (в най-добрите случаи S r е 0,01-0,02) може да се получи чрез използване на CLP като източници, чието излъчване е силно стабилно, и чрез извършване на процесите на изпарение и атомизация в пламъка.

27) Естествена ширина на радиационната линия. Доплерово разширяване на емисионната линия в газообразни среди.Естествена ширина на СПЕКТРАЛНАТА ЛИНИЯ-ширината на спектралната линия, дължаща се на спонтанни квантови преходи на изолирана квантова система (атом, молекула, ядро ​​и др.). Е в. от л. Наречен също радиация. ширина. В съответствие с принципа на неопределеността, възбудени нива иенергии на квантова система, които имат краен живот t и, са квазидискретни и имат крайна (малка) ширина (виж Ширина на ниво) Енергията на едно възбудено ниво е - общата вероятност за всички възможни спонтанни квантови преходи от нивото аз (A ik- вероятност за преминаване към нивото k;виж коефициентите на Айнщайн).Ако енергийното ниво j, до което преминава квантовата система, също е възбудено, тогава E. sh. от л. е равно на (G и+G j). Вероятност dwijфотонно излъчване в честотния диапазон д w при i-j прехода се определя от f-loy: За резонансни линии от атоми и йони, E. sh. от л. е равно на: където f ij- сила на преходния осцилатор i-j, тя е много малка в сравнение с честотата на прехода w ij: h/w ij~ a 3 (z + 1) 2 (тук a \u003d 1/137 е константата на фината структура, z е кратността на йонния заряд). Забранените линии имат особено малка ширина. Класическа ширина на естествената линия. осцилатор със заряд д, маса ти собствена честота w 0 е равна на: Г= 2еw 2 0 /3ms 3 . радиация затихването води и до много малко изместване на линейния максимум към по-ниски честоти ~ Г 2 /4w 0 . Спонтанни квантови преходи, които определят крайната ширина на енергийните нива и E. sh. от л., не винаги се случват с излъчване на фотони. Доплерово разширяване на спектралната линия.Това разширяване е свързано с ефекта на Доплер, т.е. със зависимостта на наблюдаваната честота на излъчване от скоростта на излъчвателя. Ако източник, който създава монохроматично излъчване с честота в неподвижно състояние, се движи със скорост към наблюдателя, така че проекцията на скоростта върху посоката на наблюдение е, тогава наблюдателят регистрира по-висока честота на излъчване. където c е фазовата скорост на разпространение на вълната; 0 - ъгълът между посоката на скоростта на излъчвателя и наблюдението. В квантовите системи източниците на радиация са атоми или молекули. В газова среда при термодинамично равновесие скоростите на частиците се разпределят съгласно закона на Максуел-Болцман. Следователно, формата на спектралната линия на цялото вещество ще бъде свързана с това разпределение. В спектъра, записан от наблюдателя, трябва да има непрекъснат набор от частици, тъй като различните атоми се движат с различни скорости спрямо наблюдателя. Като се имат предвид само проекциите на скоростта в разпределението на Максуел-Болцман, можем да получим следния израз за формата на доплерова спектрална линия: Тази зависимост е функция на Гаус. Ширината на линията, съответстваща на стойността. С увеличаване на масата на частиците M и намаляване на температурата T, ширината на линията намалява. Поради ефекта на Доплер, спектралната линия на цялото вещество не съвпада със спектралната линия на отделна частица. Наблюдаваната спектрална линия на веществото е суперпозиция на спектралните линии на всички частици на веществото, т.е. линии с различни централни честоти. За леки частици при обикновена температура ширината на доплеровата линия в оптичния диапазон може да надвиши естествената ширина на линията с няколко порядъка и да достигне стойности от повече от 1 GHz. Процесът, при който формата на спектралната линия на цялото вещество не съвпада с формата на спектралната линия на всяка частица, се нарича нехомогенно разширяване на спектралната линия. В разглеждания случай причината за нехомогенното разширяване е ефектът на Доплер. Формата на доплерова спектрална линия се описва с функция на Гаус. Ако разпределението на скоростите на частиците се различава от Максуеловата, тогава формата на спектралната линия на Доплер също ще се различава от функцията на Гаус, но разширяването ще остане нехомогенно.

28 Лазери: принципи на действие, основни характеристики и приложения

Лазерът е източник на монохроматична кохерентна светлина със силно насочен светлинен лъч.

Основният физически процес, който определя действието на лазера, е стимулираното излъчване на радиация. Това се случва, когато фотон взаимодейства с възбуден атом, когато енергията на фотона точно съвпада с енергията на възбуждане на атома (или молекулата).

В резултат на това взаимодействие атомът преминава в невъзбудено състояние, а излишната енергия се излъчва под формата на нов фотон с точно същата енергия, посока на разпространение и поляризация като първичния фотон. По този начин следствието от този процес е наличието на два абсолютно идентични фотона. При по-нататъшно взаимодействие на тези фотони с възбудени атоми, подобни на първия атом, може да възникне „верижна реакция“ на възпроизвеждане на идентични фотони, „летящи“ точно в същата посока, което ще доведе до появата на тясно насочен светлинен лъч. За появата на лавина от еднакви фотони е необходима среда, в която да има повече възбудени атоми, отколкото невъзбудени, тъй като фотоните ще се абсорбират, когато фотоните взаимодействат с невъзбудени атоми. Такава среда се нарича среда с обратна популация от енергийни нива.

Лазерите са намерили широко приложение и по-специално се използват в индустрията за различни видове обработка на материали: метали, бетон, стъкло, тъкани, кожа и др.

Лазерните технологични процеси могат условно да бъдат разделени на два вида. Първият от тях използва възможността за изключително фино фокусиране на лазерния лъч и прецизно дозиране на енергия, както в импулсен, така и в непрекъснат режим. В такива технологични процеси се използват лазери с относително ниска средна мощност: това са газови лазери с импулсно-периодично действие. С помощта на последното е разработена технология за пробиване на тънки дупки в рубини и диамантени камъни за часовниковата индустрия и технология за производство на матрици за изтегляне на тънка тел. Основната област на приложение на импулсните лазери с ниска мощност е свързана с рязане и заваряване на миниатюрни детайли в микроелектрониката и електровакуумната индустрия, с маркиране на миниатюрни части, автоматично изгаряне на цифри, букви и изображения за нуждите на печатната индустрия.

Вторият тип лазерна технология се основава на използването на лазери с висока средна мощност: от 1 kW и повече. Мощните лазери се използват в такива енергоемки технологични процеси като рязане и заваряване на дебели стоманени листове, повърхностно втвърдяване, насочване и легиране на големи части, почистване на сгради от повърхностни замърсители, рязане на мрамор, гранит, рязане на тъкани, кожа и други материали. При лазерно заваряване на метали се постига високо качество на шева и не се налага използването на вакуумни камери, както при заваряването с електронен лъч, а това е много важно при конвейерното производство.

Мощната лазерна технология е намерила приложение в машиностроенето, автомобилната индустрия и производството на строителни материали. Това позволява не само да се подобри качеството на обработката на материала, но и да се подобрят техническите и икономическите показатели на производствените процеси.

Газовите лазери са може би най-широко използвания тип лазер днес и може би надминават дори рубинените лазери в това отношение. Сред различните видове газови лазери винаги може да се намери такъв, който ще задоволи почти всички изисквания за лазер, с изключение на много висока мощност във видимата област на спектъра в импулсен режим. Необходими са високи мощности за много експерименти при изследване на нелинейните оптични свойства на материалите.

Особеностите на газовите лазери се дължат най-вече на факта, че по правило те са източници на атомни или молекулярни спектри. Следователно дължините на вълните на преходите са точно известни, те се определят от атомната структура и обикновено не зависят от условията на околната среда.

ПОЛУПРОВОДНИЧНИ ЛАЗЕРИ - Основният пример за действието на полупроводниковите лазери е магнитно-оптично запаметяващо устройство (МО).

30 . Отворени оптични резонатори. Надлъжни режими. напречни режими. Дифракционна стабилност

През 1958 г. Прохоров A.M. (СССР) и независимо Р. Дике, А. Шавлов, Ч. Таунс (САЩ) обосноваха идеята за възможността за използване на отворени резонатори в оптичния диапазон вместо кухини. Такава резонаториНаречен отворена оптикаили просто оптичен, L >> l

Ако m = n = const, тогава

Полученият набор от резонансни честоти принадлежи към т.нар надлъжна(или аксиален) мода. Аксиалните режими са трептения, които се разпространяват стриктно по оптичната ос на резонатора. Те имат най-високо качество. Надлъжните режими се различават един от друг само по честота и разпределение на полето по оста Z (т.е. разликата между съседните честоти е постоянна и зависи само от геометрията на кухината)

Режимите с различни индекси m и n ще се различават по разпределението на полето в равнината, перпендикулярна на оста на резонатора, т.е. в напречна посока.Затова се наричат напречен(или неаксиален) модове. За напречни моди, различаващи се по индекси m и n, структурата на полето ще бъде различна в посоката на осите x и y, съответно.

Честотната разлика на напречните моди с индекси m и n, различаващи се с 1, е равна на:

може да се представи като:

където NF е числото на Френел, .

Всеки напречен режим съответства на безкраен брой надлъжни моди, различаващи се по индекс g.

Режимите, характеризиращи се със същите индекси m и n, но различни g, се комбинират под общото име напречни модове. Трептенето, съответстващо на определен g, се нарича надлъжна мода, свързана с дадения напречен мод.

В теорията на отворените резонатори е обичайно отделните режими да се обозначават като TEMmnq, където m, n са напречните индекси на режима, а g е надлъжният индекс. Означението TEM съответства на английската фраза Transvers Electromagnetic (напречни електромагнитни трептения, които имат незначителни проекции на векторите E и H върху оста Z). Тъй като числото g е много голямо, често индексът g се пропуска и режимите на кухината се обозначават TEMmn. Всеки тип TEMmn с напречна мода има специфична структура на полето в напречното сечение на резонатора и образува специфична структура на светлинно петно ​​върху огледалата на резонатора (фиг. 1.8). За разлика от резонатора с кухина, отворените режими могат да се наблюдават визуално.

Дифракционните загуби на реалните моди се оказват значително по-малки поради факта, че при многократно преминаване на излъчване между огледалата има "естествен" подбор на тези режими, при които максимумът на амплитудата на полето е разположен в центъра на огледалата. По този начин, при наличие на дифракционни загуби, истинските модове не могат да съществуват в отворен резонатор; стационарни конфигурации на електромагнитното поле, като стоящи вълни, подобни на съществуващите в резонатор с кухина. Въпреки това, има определен брой режими на трептене, които имат ниски дифракционни загуби (те понякога се наричат ​​квази режими или режими с отворена кухина). Полето на тези трептения (моди) е концентрирано близо до оста на резонатора и практически пада до нула в периферните му области.

31 Режимов състав на излъчване на лазерни генератори. Режими на работа на твърдотелни лазери

Модовият състав на излъчването зависи значително от конструкцията и размерите на резонатора Полупроводников лазер, както и от големината на мощността на излъчване Полупроводниковият лазер излъчва тясна спектрална линия, която се стеснява с увеличаване на мощността на излъчване при пулсации и многорежимните ефекти не се появяват. Стесняването на линията е ограничено от фазовите флуктуации, дължащи се на спонтанно излъчване. Развитие на емисионния спектър с увеличаване на мощността при впръскване. лазерът е показан на фиг. 7. В едночестотен режим се наблюдава стесняване на спектралната линия до Hz; мин. стойност на широчината на линията в полупроводников лазер със стабилизация в едночестотен режим с помощта на селективен външен. резонаторът е 0,5 kHz. В полупроводниковия лазер е възможно да се получат модулатори чрез модулиране на помпата. радиация, напр. под формата на синусоидални пулсации с честота достигаща в някои случаи 10-20 GHz, или под формата на ултравиолетови импулси с субпикосекундна продължителност.Информацията се предава с помощта на полупроводников лазер. със скорост 2-8 Gbps.

твърдотелен лазер- лазер, при който вещество в твърдо състояние се използва като активна среда (за разлика от газовете в газовите лазери и течностите в лазерите с багрила).

Работните схеми на активните вещества на твърдотелните лазери са разделени на три- и четиристепенни. По коя от схемите работи този активен елемент се съди по енергийната разлика между основното и долното работно ниво. Колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-високи са температурите, при които е възможно ефективно генериране. Например, основното състояние на йона Cr3+ се характеризира с две поднива, разстоянието между които е 0,38 cm-1. При такава разлика в енергиите, дори при температура на течен хелий (~4K), населението на горното подниво е само с ~13°/0 по-малко от долното, т.е. те са заети по същия начин и следователно рубинени е активно вещество с тристепенна схема при всяка температура. За неодимовия йон долното лазерно ниво за излъчване при =1,06 μm е разположено с 2000 cm-1 по-високо от основното. Дори при стайна температура неодимовите йони са 1,4 -104 пъти по-малко на по-ниско ниво, отколкото на основното ниво, а активните елементи, които използват неодим като активатор, работят по схема на четири нива.

Твърдотелните лазери могат да работят в импулсен и непрекъснат режим. Има два импулсни режима на работа на твърдотелни лазери: режим на свободна работа и режим на Q-превключване. В режим на свободен ход продължителността на импулса на излъчване е практически равна на продължителността на импулса на помпата. В режима с Q-превключване продължителността на импулса е много по-къса от продължителността на импулса на помпата.

32) Нелинейна оптика - раздел от оптика, който изучава съвкупността от оптични явления, наблюдавани по време на взаимодействието на светлинни полета с вещество, което има нелинеен отговор на поляризационния вектор P към вектора на напрегнатост на електрическото поле E на светлинната вълна. В повечето вещества тази нелинейност се наблюдава само при много висок интензитет на светлината, постигнат с лазери. Обичайно е да се счита и взаимодействието, и самият процес за линейни, ако неговата вероятност е пропорционална на първата степен на интензитета на излъчване. Ако тази степен е по-голяма от единица, тогава и взаимодействието, и процесът се наричат ​​нелинейни. Така възникват термините линейна и нелинейна оптика. Външен вид нелинейна оптикае свързано с разработването на лазери, които могат да генерират светлина с голямо електрическо поле, съизмеримо със силата на микроскопичното поле в атомите. Основни причини, предизвикващи различия в ефекта на лъчението с висок интензитет от лъчението с нисък интензитет върху материята: При висок интензитет на излъчване основна роля играят многофотонните процеси, когато няколко фотона се поглъщат в елементарен акт. При висок интензитет на радиация възникват ефекти на самодействие, водещи до промяна в първоначалните свойства на веществото под въздействието на радиация. Един от най-често използваните процеси за промяна на честотата е втора хармонична генерация. Това явление позволява изходът на Nd:YAG лазер (1064 nm) или легиран с титан сапфирен лазер (800 nm) да бъде преобразуван във видима светлина съответно при 532 nm (зелено) или 400 nm (виолетово). На практика, за да се реализира удвояване на честотата на светлината, в изходния лъч на лазерното лъчение се монтира нелинеен оптичен кристал, ориентиран по строго определен начин.

33) Разсейване на светлината - разсейване на електромагнитни вълни във видимия диапазон при взаимодействието им с материята. В този случай има промяна в пространственото разпределение, честотата, поляризацията на оптичното излъчване, въпреки че разсейването често се разбира само като трансформация на ъгловото разпределение на светлинния поток. Нека и са честотите на падащата и разсеяната светлина. Тогава If - еластично разсейване If - нееластично разсейване - Стоксово разсейване - антистоксово разсейване Разсеяната светлина предоставя информация за структурата и динамиката на материала. Релейско разсейване- кохерентно разсейване на светлината без промяна на дължината на вълната (наричано още еластично разсейване) върху частици, нехомогенности или други обекти, когато честотата на разсеяната светлина е значително по-малка от естествената честота на разсейващия обект или система. Еквивалентна формулировка: разсейване на светлината от обекти, по-малки от дължината на вълната. модел на взаимодействие с осцилатора на Раманово разсейване на светлината в спектъра на разсеяното лъчение се появяват спектрални линии, които липсват в спектъра на първичната (възбуждаща) светлина. Броят и местоположението на линиите, които се появяват, се определят от молекулярната структура на веществото. Изразът за интензитета на излъчване е където P е индуцираният диполен момент, дефиниран като коефициент на пропорционалност α в това уравнение се нарича поляризуемост на молекулата. Разгледайте светлинната вълна като електромагнитно поле с интензитет Ес честота на трептене ν 0 : където E0- амплитуда, а т- време.

Радиационен поток Ф  физическа величина, равна на количеството енергия, излъчвано от нагрятото тяло от цялата повърхност за единица време:

Енергийна осветеност (сияние) на тялото Р енергия, излъчвана за единица време на единица площ на нагрятото тяло в целия диапазон от дължини на вълните (0< < ∞).:

Спектрална плътност на енергийната осветеност Р  , те енергията, излъчвана в диапазона на дължината на вълната от  до +d за единица време на единица площ

Енергийна осветеност Р т, кое е интегралнарадиационна характеристика, е свързана с спектраленкоефициент на плътност на осветеността на енергията

Тъй като дължината на вълната и честотата са свързани с известното отношение  = ° С/, спектралните характеристики на излъчването могат да се характеризират и с честота.

Радиационни характеристики на телата

Ориз. 3. Модел на черно тяло

; напълно бяло тяло

; - напълно черно тяло.

Коефициентът на поглъщане зависи от дължината на вълната и се характеризира със спектралната абсорбция - безразмерна физическа величина, показваща каква част от енергията пада за единица време на единица телесна повърхност в диапазона на дължината на вълната от  до  + d, той абсорбира:

Тяло, за което абсорбцията е еднаква за всички дължини на вълната и зависи само от температурата, се нарича сиво:

2. Закони на топлинното излъчване

2.1. Съществува връзка между спектралната плътност на енергийната осветеност и абсорбционната способност на всяко тяло, която се изразява Законът на Кирхоф:

Съотношението на спектралната плътност на енергийната осветеност на всяко тяло към неговия капацитет на поглъщане при дадена дължина на вълната и температура е постоянна стойност за всички тела и е равна на спектралната плътност на енергийната осветеност на напълно черно тяло r  , тпри същата температура и дължина на вълната.

Тук r  , т  универсална функция на Кирхоф, при НО  , т= 1, т.е. универсалната функция на Кирхоф не е нищо друго освен отспектралната плътност на енергийната осветеност на напълно черно тяло.

Последиците от закона на Кирхоф:

Защото НО  , т < 1, то: энергия излучения любо­го тела всегда меньше энергии излу­че­ния абсолютно черного тела;

Ако тялото не усвоява енергия в определен диапазон от дължини на вълните ( НО  , т= 0), тогава той не го излъчва в този диапазон ().

Интегрирана енергийна осветеност

За сивото тяло

тези. коефициентът на абсорбция характеризира съотношението на емисиите на сивото и черното тяло. В техническата литература се нарича степента на чернота на сивото тяло.

2.2. Закон на Стефан-Болцманустановено от Д. Стефан (1879) от анализа на експерименталните данни, а след това от Л. Болцман (1884) – теоретично.

 \u003d 5,6710 -8 W / (m 2  K 4) - константа на Стефан-Болцман,

тези. енергийната осветеност на черното тяло е пропорционална на неговата абсолютна температура на четвърта степен.

Закон за сивото тяло на Стефан-Болцман

Законът за изместване на Виенасъздадена от немския физик В. Виен (1893 г.)

, б= 2,910 -3 m К- Постоянна вина. (10)

Дължината на вълната, която отчита максималната спектрална плътност на енергийната осветеност на абсолютно черно тяло, е обратно пропорционална на абсолютната температура на това тяло, т.е. с повишаване на температурата максималното освобождаване на енергия се измества към късовълновия диапазон.

За да продължите да изтегляте, трябва да съберете изображението:

топлинно излъчване

Топлинното излъчване е електромагнитно излъчване, което възниква поради енергията на въртеливото и вибрационно движение на атоми и молекули в състава на веществото. Топлинното излъчване е характерно за всички тела, които имат температура, превишаваща температурата от абсолютната нула.

Топлинното излъчване на човешкото тяло принадлежи към инфрачервения диапазон на електромагнитните вълни. За първи път такова излъчване е открито от английския астроном Уилям Хершел. През 1865 г. английският физик Дж. Максуел доказва, че IR лъчението има електромагнитна природа и представлява вълни с дължина от 760 nm до 1-2 mm. Най-често целият диапазон на IR лъчение се разделя на региони: близо (750nm-2.500nm), среден (2.500nm-50.000nm) и далечен (50.000nm-2.000.000nm).

Да разгледаме случая, когато тялото А е разположено в кухина B, която е ограничена от идеална отразяваща (радиационно-непроницаема) обвивка C (фиг. 1). В резултат на многократно отражение от вътрешната повърхност на черупката, излъчването ще остане в огледалната кухина и ще бъде частично погълнато от тяло А. При такива условия кухината на системата В - тяло А няма да губи енергия, а само непрекъснато ще настъпи обмен на енергия между тяло А и радиацията, която запълва кухина Б.

Равновесното топлинно излъчване има следните свойства: хомогенно (еднаква плътност на енергийния поток във всички точки на кухината), изотропно (възможните посоки на разпространение са еднакво вероятни), неполяризирано (посоки и стойности на векторите на електрически и магнитен полетата във всички точки на кухината се променят произволно).

Основните количествени характеристики на топлинното излъчване са:

Енергийната осветеност е количеството енергия на електромагнитно излъчване в целия диапазон на дължината на вълната на топлинното излъчване, което се излъчва от тялото във всички посоки от единица повърхност за единица време: R = E / (S t), [J / (m2s) ] = [W /m2] Енергийната осветеност зависи от естеството на тялото, температурата на тялото, състоянието на повърхността на тялото и дължината на вълната на излъчването.

Спектралната плътност на енергийната осветеност е енергийната осветеност на тяло за дадени дължини на вълната (λ + dλ) при дадена температура (T + dT): Rλ, T = f(λ, T).

Яркостта на тяло в рамките на определени дължини на вълната се изчислява чрез интегриране на Rλ, T = f(λ, T) за T = const:

Коефициентът на абсорбция е съотношението на енергията, погълната от тялото към падащата енергия. Така че, ако излъчването на потока dФall падне върху тялото, тогава една част от него се отразява от повърхността на тялото - dФоtr, другата част преминава в тялото и частично се превръща в топлина dФabs, а третата част, след няколко вътрешни отражения, преминава през тялото навън dФpr: α = dФabs /dFfall.

Монохроматичен коефициент на абсорбция - коефициент на поглъщане на топлинно излъчване с дадена дължина на вълната при дадена температура: αλ, T = f(λ, T)

Сред телата има такива тела, които могат да поемат цялото топлинно излъчване с всяка дължина на вълната, която пада върху тях. Такива перфектно поглъщащи тела се наричат ​​абсолютно черни тела. За тях α =1.

Има и сиви тела, за които α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Моделът с черно тяло е малък отвор на кухината с топлонепроницаема обвивка. Диаметърът на отвора е не повече от 0,1 от диаметъра на кухината. При постоянна температура от дупката се излъчва известна енергия, съответстваща на енергийната осветеност на напълно черно тяло. Но ABB е идеализация. Но законите на топлинното излъчване на черно тяло помагат да се доближим до реалните модели.

2. Закони на топлинното излъчване

Последици от закона на Кирхоф:

Системното изследване на спектрите на редица елементи позволи на Кирхоф и Бунзен да установят недвусмислена връзка между спектрите на абсорбция и излъчване на газовете и индивидуалността на съответните атоми. По този начин беше предложен спектрален анализ, с помощта на който е възможно да се идентифицират вещества, чиято концентрация е 0,1 nm.

Разпределението на спектралната плътност на енергийната осветеност за черно тяло, сиво тяло, произволно тяло. Последната крива има няколко максимума и минимума, което показва селективността на излъчване и поглъщане на такива тела.

2. Закон на Стефан-Болцман.

Германският физик Вилхелм Виен през 1893 г. формулира закон, който определя позицията на максималната спектрална плътност на енергийната осветеност на едно тяло в спектъра на излъчване на черно тяло в зависимост от температурата. Съгласно закона, дължината на вълната λmax, която отчита максималната спектрална плътност на енергийната осветеност на черно тяло, е обратно пропорционална на неговата абсолютна температура T: λmax = w / t, където w = 2,9 * 10-3 m K е константа на Виен.

Така с повишаване на температурата се променя не само общата радиационна енергия, но и самата форма на кривата на разпределение на спектралната плътност на енергийната осветеност. Максимумът на спектралната плътност се измества към по-къси дължини на вълната с повишаване на температурата. Следователно законът на Виен се нарича закон за изместването.

Законът на Виен се използва в оптичната пирометрия – метод за определяне на температурата от спектъра на излъчване на силно нагрети тела, които са далеч от наблюдателя. По този метод за първи път беше определена температурата на Слънцето (за 470nm T = 6160K).

4. Теория на Планк. Немски учен през 1900 г. излага хипотеза, че телата не излъчват непрекъснато, а на отделни порции - кванти. Квантовата енергия е пропорционална на честотата на излъчване: E = hν = h·c/λ, където h = 6,63*10-34 J·s е константа на Планк.

Топлинно излъчване и неговите характеристики

топлинно излъчване- това е електромагнитното излъчване на телата, възникващо поради промяна във вътрешната им енергия (енергията на топлинното движение на атоми и молекули).

Топлинното излъчване на човешкото тяло принадлежи към инфрачервения диапазон на електромагнитните вълни.

инфрачервени лъчизаемат обхвата на електромагнитни вълни с дължина на вълната от 760 nm до 1-2 mm.

Източник на топлинно излъчване: всяко тяло, чиято температура надвишава температурата на абсолютната нула.

Поток (F)- количеството енергия, което се излъчва (поглъща) от избраната област (повърхност) във всички посоки за единица време.

2. Интегрална излъчвателна способност (R)–радиационен поток на единица повърхност.

3. Спектрална излъчвателна способност() - интегрална излъчвателна способност, свързана с единицата на спектралния интервал

където е интегралната излъчвателна способност;

е ширината на интервала на дължината на вълната ().

4. Интегрална абсорбционна способност (коефициент на абсорбция)е съотношението на енергията, поета от тялото, към падащата енергия.

е радиационният поток, погълнат от тялото;

- потокът от радиация, който пада върху тялото.

5. Спектрална абсорбция - коефициент на поглъщане, свързан с единичен спектрален интервал:

Напълно черно тяло. сиви тела

Черно тяло е тяло, което поглъща цялата падаща енергия.

Коефициентът на поглъщане на напълно черно тяло не зависи от дължината на вълната.

Примери за напълно черно тяло: сажди, черно кадифе.

Сивите тела са тела, в които.

Пример: Човешкото тяло се счита за сиво тяло.

Черните и сивите тела са физическа абстракция.

Законите на топлинното излъчване

1. Закон на Кирхоф (1859): Съотношението на спектралната излъчвателна способност на телата към тяхната спектрална абсорбция не зависи от естеството на излъчващото тяло и е равно на спектралната излъчвателна способност на черно тяло при дадена температура:

където е спектралната излъчвателна способност на черно тяло.

Топлинното излъчване е равновесно – колкото енергия се излъчва от тялото, толкова голяма част от нея се поглъща от него.

Ориз. 41. Криви на разпределение на енергията в спектрите на топлинното излъчване

различни тела (1 - абсолютно черно тяло, 2 - сиво тяло,

3 - произволно тяло)

2. Закон на Стефан-Болцман (1879, 1884):интегралната излъчвателна способност на напълно черно тяло () е право пропорционална на четвъртата степен на неговата термодинамична температура (T).

където - Константа на Стефан-Болцман

3. Законът на Виен (1893): дължината на вълната, при която пада максималната спектрална излъчвателна способност на дадено тяло, е обратно пропорционална на температурата.

Където = - Постоянна вина.

Ориз. 42. Спектри на топлинно излъчване на черно тяло при различни температури

Топлинно излъчване на човешкото тяло

Човешкото тяло има постоянна температура поради терморегулация. Основната част от терморегулацията е топлообменът на тялото с околната среда.

Преносът на топлина се осъществява чрез следните процеси:

а) топлопроводимост (0%), б) конвекция (20%), в) радиация (50%), г) изпарение (30%).

Обхватът на топлинно излъчване на човешкото тяло

Температура на повърхността на човешката кожа: .

Дължината на вълната съответства на инфрачервения диапазон, поради което не се възприема от човешкото око.

Излъчваща способност на човешкото тяло

Човешкото тяло се счита за сиво тяло, тъй като частично излъчва енергия () и абсорбира радиацията от околната среда ().

Енергията (), която човек губи за 1 секунда от 1 от тялото си поради радиация е:

където температура на околната среда: , температура на човешкото тяло: .

Контактни методи за определяне на температурата

Термометри: живак, алкохол.

Скала по Целзий: t°C

Скала на Келвин: T = 273 + t°C

Термографията е метод за дистанционно определяне на температурата на част от човешкото тяло чрез оценка на интензитета на топлинното излъчване.

Устройства: термограф или термовизор (регистрира разпределението на температурата в избрана зона на човек).

Лекция номер 16. топлинно излъчване

1. Понятието топлинно излъчване и неговите характеристики

И така, какво е топлинно излъчване?

Фиг. 1. Многократно отражение на топлинни вълни от огледалните стени на кухина B

Ако разпределението на енергията остане непроменено за всяка дължина на вълната, тогава състоянието на такава система ще бъде в равновесие, а излъчването също ще бъде в равновесие. Единственият вид равновесно излъчване е термичното. Ако по някаква причина балансът между радиацията и тялото се измести, тогава започват да протичат такива термодинамични процеси, които ще върнат системата в състояние на равновесие. Ако тялото А започне да излъчва повече, отколкото поглъща, тогава тялото започва да губи вътрешна енергия и температурата на тялото (като мярка за вътрешна енергия) ще започне да пада, което ще намали количеството на излъчваната енергия. Температурата на тялото ще падне, докато количеството излъчвана енергия стане равно на количеството енергия, погълната от тялото. Така ще настъпи равновесно състояние.

Коефициентът на абсорбция е съотношението на енергията, погълната от тялото към падащата енергия. И така, ако излъчването на потока dФ пада върху тялото, тогава една част от него се отразява от повърхността на тялото - dФ neg, другата част преминава в тялото и частично се превръща в топлина dФ абсорбира, а третата част, след няколко вътрешни отражения, преминава през тялото навън dФ pr : α = dФ абсорбира /dФ падане.

Коефициентът на поглъщане α зависи от естеството на поглъщащото тяло, дължината на вълната на абсорбираната радиация, температурата и състоянието на повърхността на тялото.

Моделът с черно тяло е малък отвор на кухината с топлонепроницаема обвивка. Диаметърът на отвора е не повече от 0,1 от диаметъра на кухината. При постоянна температура от дупката се излъчва известна енергия, съответстваща на енергийната осветеност на напълно черно тяло. Но ABB е идеализация. Но законите на топлинното излъчване на черно тяло помагат да се доближим до реалните модели.

2. Закони на топлинното излъчване

1. Закон на Кирхоф. Топлинното излъчване е равновесно – колкото енергия се излъчва от тялото, толкова голяма част от нея се поглъща от него. За три тела в затворена кухина можем да запишем:

Посоченото съотношение ще бъде вярно дори когато едно от телата е AF:

Това е законът на Кирхоф: отношението на спектралната плътност на енергийната осветеност на тялото към неговия монохроматичен коефициент на поглъщане (при определена температура и за определена дължина на вълната) не зависи от природата на тялото и е еднакво за всички тела на спектралната плътност на енергийната осветеност при същата температура и дължина на вълната.

1. Спектралната енергийна осветеност на черно тяло е универсална функция на дължината на вълната и телесната температура.

2. Спектралната енергийна осветеност на черното тяло е най-голяма.

3. Спектралната енергийна осветеност на произволно тяло е равна на произведението на неговия коефициент на поглъщане и спектралната енергийна осветеност на напълно черно тяло.

4. Всяко тяло при дадена температура излъчва вълни със същата дължина на вълната, която излъчва при дадена температура.

През 1879 г. австрийските учени Йозеф Стефан (експериментално за произволно тяло) и Лудвиг Болцман (теоретично за черно тяло) установяват, че общата енергийна осветеност в целия диапазон на дължината на вълната е пропорционална на четвъртата степен на абсолютната телесна температура:

Германският физик Вилхелм Виен през 1893 г. формулира закон, който определя позицията на максималната спектрална плътност на енергийната осветеност на едно тяло в спектъра на излъчване на черно тяло в зависимост от температурата. Съгласно закона, дължината на вълната λ max , която отчита максималната спектрална плътност на енергийната осветеност на черно тяло, е обратно пропорционална на неговата абсолютна температура T: λ max = w / t, където w = 2,9 * 10 - 3 m K е константа на Виен.

Представените закони не позволиха теоретично да се намерят уравненията за разпределение на спектралната плътност на енергийната осветеност по дължини на вълните. Работите на Rayleigh and Jeans, в които учените изучават спектралния състав на излъчването на черното тяло въз основа на законите на класическата физика, доведоха до фундаментални трудности, наречени ултравиолетова катастрофа. В обхвата на UV вълните енергийната осветеност на черното тяло трябваше да достигне безкрайност, въпреки че в експериментите тя намалява до нула. Тези резултати противоречат на закона за запазване на енергията.

4. Теория на Планк. Немски учен през 1900 г. излага хипотеза, че телата не излъчват непрекъснато, а на отделни порции - кванти. Енергията на кванта е пропорционална на честотата на излъчване: E = hν = h·c/λ, където h = 6,63*J·s е константа на Планк.

Тази формула е в съгласие с експерименталните данни за целия диапазон от дължини на вълните при всякакви температури.

3. Излъчване на реални тела и човешкото тяло

Топлинното излъчване от повърхността на човешкото тяло играе важна роля в преноса на топлина. Има такива методи за пренос на топлина: топлопроводимост (проводимост), конвекция, излъчване, изпарение. В зависимост от условията, в които се намира човек, всеки от тези методи може да бъде доминиращ (например при много високи температури на околната среда водещата роля принадлежи на изпарението, а при студена вода, проводимостта и температурата на водата от 15 градуса е смъртоносна среда за гол човек и след 2-4 часа настъпва припадък и смърт поради хипотермия на мозъка). Делът на радиацията в общия топлопренос може да бъде от 75 до 25%. При нормални условия около 50% при физиологичен покой.

Има особености на спектралната плътност на енергийната осветеност на реалните тела: при 310K, което съответства на средната температура на човешкото тяло, максимумът на топлинното излъчване пада на 9700nm. Всяка промяна в телесната температура води до промяна в силата на топлинното излъчване от повърхността на тялото (достатъчно е 0,1 градуса). Следователно, изследването на кожни участъци, свързани с определени органи чрез централната нервна система, помага да се идентифицират заболявания, в резултат на което температурата се променя доста значително (термография на зоните на Zakharyin-Ged).

4. Биологичен и терапевтичен ефект на топлина и студ

Човешкото тяло непрекъснато излъчва и поглъща топлинна радиация. Този процес зависи от температурата на човешкото тяло и околната среда. Максималната инфрачервена радиация на човешкото тяло пада на 9300nm.

5. Физически основи на термографията.Термовизори

Термографията или термовизията е функционален диагностичен метод, основан на регистриране на инфрачервеното лъчение от човешкото тяло.

Много компании напоследък осъзнаха факта, че понякога е доста трудно да се „достигне“ до потенциален клиент, информационното му поле е толкова натоварено с различни видове рекламни съобщения, че те просто престават да се възприемат.

Активните продажби по телефона се превръщат в един от най-ефективните начини за увеличаване на продажбите за кратко време. Студените разговори са насочени към привличане на клиенти, които преди това не са кандидатствали за продукт или услуга, но поради редица фактори са потенциални клиенти. След като набере телефонния номер, активният мениджър по продажбите трябва ясно да разбере целта на студеното обаждане. В крайна сметка телефонните разговори изискват специални умения и търпение от мениджъра по продажбите, както и познаване на техниката и методологията на водене на преговори.

Характеристики на топлинното излъчване

Основните въпроси на темата:

1. Характеристики на топлинното излъчване.

2. Закони на топлинното излъчване (закон на Кирхоф, закон на Стефан-Болцман, закон на Виен); Формулата на Планк.

3. Физически основи на термографията (термоизображение).

4. Пренос на топлина на тялото.

Всяко тяло при температури над абсолютната нула (0 K) е източник на електромагнитно излъчване, което се нарича топлинно излъчване. Възниква поради вътрешната енергия на тялото.

Обхватът на дължините на вълните на електромагнитните вълни (спектрален диапазон), излъчвани от нагрятото тяло, е много широк. В теорията на топлинното излъчване често се смята, че тук дължината на вълната варира от 0 до ¥.

Разпределението на енергията на топлинното излъчване на тялото по дължини на вълната зависи от неговата температура. При стайна температура почти цялата енергия е концентрирана в инфрачервената област на скалата на електромагнитните вълни. При висока температура (1000°C) значителна част от енергията се излъчва и във видимия диапазон.

Характеристики на топлинното излъчване

1. Поток (мощност) на излъчване Ф(понякога наричан Р) е енергията, излъчвана за 1 секунда от цялата повърхност на нагрятото тяло във всички посоки в пространството и в целия спектрален диапазон:

2. Енергийна осветеност R- енергия, излъчвана за 1 сек от 1 m 2 повърхност на тялото във всички посоки в пространството и в целия спектрален диапазон. Ако Се повърхностната площ на тялото

3. Спектрална плътност на енергийната осветеност r λ- енергия, излъчвана за 1 сек от 1m 2 повърхност на тялото във всички посоки при дължина на вълната λ в единичен спектрален диапазон , →

Зависимостта на r l от l се нарича спектъртоплинно излъчване на тялото при дадена температура (при т= const). Спектърът дава разпределението на енергията, излъчвана от тялото по дължини на вълната. То е показано на фиг. един.

Може да се покаже, че енергийната осветеност Ре равна на площта на фигурата, ограничена от спектъра и оста (фиг. 1).

4. Способността на нагрятото тяло да абсорбира енергията на външното излъчване се определя от монохроматичен коефициент на поглъщане a l,

тези. а лсъотношението на радиационния поток с дължина на вълната l, погълнат от тялото, към потока на лъчение със същата дължина на вълната, падащ върху тялото. От (3.) следва, че и аз -безразмерно количество.

По вид пристрастяване ноот l всички тела са разделени на 3 групи:

но= 1 при всички дължини на вълната при всякакви температури (фиг. 3, 1 ), т.е. Черно тяло напълно поглъща цялата радиация, падаща върху него. В природата няма „абсолютно черни” тела, като модел за такова тяло може да послужи затворена непрозрачна кухина с малък отвор (фиг. 2). Лъчът, попаднал в тази дупка, след многократни отражения от стените, ще бъде почти напълно погълнат.

Слънцето е близо до абсолютно черно тяло, неговото Т = 6000 К.

2). сиви тела: техният коефициент на поглъщане но < 1 и одинаков на всех длинах волн при любых температурах (рис. 3, 2 ). Например, човешкото тяло може да се счита за сиво тяло при проблеми с топлообмена с околната среда.

за тях коефициентът на усвояване но < 1 и зависит от длины волны, т.е. нол = е(л), тази зависимост е абсорбционният спектър на тялото (фиг. 3 , 3 ).

Дължина на вълната на топлинното излъчване

Законите на топлинното излъчване. Сияеща топлина.

Може би за някого това ще бъде новина, но преносът на температурата става не само чрез топлопроводимост чрез докосване на едно тяло до друго. Всяко тяло (твърдо, течно и газообразно) излъчва топлинни лъчи на определена вълна. Тези лъчи, напускайки едно тяло, се поглъщат от друго тяло и поемат топлина. И ще се опитам да ви обясня как става това и колко топлина губим от това излъчване у дома за отопление. (Мисля, че на мнозина ще им е интересно да видят тези цифри). В края на статията ще решим проблем от реален пример.

В това неведнъж се убеждавах, че седейки до огъня (обикновено голям) лицето ми беше изгорено от тези лъчи. И ако покрих огъня с длани и в същото време ръцете ми бяха протегнати, се оказа, че лицето ми спря да гори. Не е трудно да се досетите, че тези лъчи са прави като светлина. Не въздухът, който циркулира около огъня, ме изгаря и дори не топлопроводимостта на въздуха, а преките невидими топлинни лъчи, идващи от огъня.

В космоса обикновено има вакуум между планетите и следователно преносът на температури се извършва изключително чрез топлинни лъчи (всички лъчи са електромагнитни вълни).

Топлинното излъчване има природа като светлина и електромагнитни лъчи (вълни). Просто тези вълни (лъчи) имат различни дължини на вълната.

Например, дължини на вълните в диапазона от 0,76 - 50 микрона се наричат ​​инфрачервени. Всички тела със стайна температура от + 20 °C излъчват предимно инфрачервени вълни с дължини на вълните, близки до 10 микрона.

Всяко тяло, само ако температурата му е различна от абсолютната нула (-273,15 ° C), е в състояние да изпраща радиация в околното пространство. Следователно всяко тяло излъчва лъчи към околните тела и от своя страна се влияе от излъчването на тези тела.

Топлинната радиация може да се абсорбира или да премине през тялото, или просто да се отрази от тялото. Отражението на топлинните лъчи е подобно на отражението на светлинен лъч от огледало. Поглъщането на топлинно излъчване е подобно на това как черен покрив се нагрява много от слънчевите лъчи. И проникването или преминаването на лъчите е подобно на това как лъчите преминават през стъкло или въздух. Най-често срещаният вид електромагнитно лъчение в природата е топлинното излъчване.

Много близко по своите свойства до черното тяло е така нареченото реликтно излъчване, или космическият микровълнов фон - радиация, изпълваща Вселената с температура около 3 К.

Като цяло, в науката за топлотехниката, за да се обяснят процесите на топлинно излъчване, е удобно да се използва концепцията за черно тяло, за да се обяснят качествено процесите на топлинно излъчване. Само черно тяло е способно да улесни изчисленията по някакъв начин.

Както е описано по-горе, всяко тяло е способно на:

2. Абсорбирайте топлинна енергия.

3. Отразяват топлинната енергия.

Черно тяло е тяло, което напълно поглъща топлинна енергия, тоест не отразява лъчите и топлинното излъчване не преминава през него. Но не забравяйте, че черното тяло излъчва топлинна енергия.

Какви трудности възникват при изчислението, ако тялото не е черно тяло?

Тяло, което не е черно тяло, има следните фактори:

2. Отразява част от топлинното излъчване.

Тези два фактора толкова усложняват изчислението, че „мама не плачи“. Много е трудно да се брои. И учените по този повод наистина не обясниха как да се изчисли сивото тяло. Между другото, сивото тяло е тяло, което не е черно тяло.

Топлинното излъчване има различни честоти (различни вълни) и всяко отделно тяло може да има различна радиационна вълна. Освен това, когато температурата се промени, тази дължина на вълната може да се промени и нейният интензитет (сила на излъчване) също може да се промени.

Помислете за изображение, което потвърждава сложността на изчисляването на излъчвателната способност.

Фигурата показва две топки, които имат в себе си частици от тази топка. Червените стрелки са лъчите, излъчвани от частиците.

Помислете за черно тяло.

Вътре в черното тяло, дълбоко вътре, има някои частици, които са обозначени с оранжево. Те излъчват лъчи, които поглъщат близките други частици, които са обозначени в жълто. Лъчите на оранжевите частици на черното тяло не могат да преминат през други частици. И следователно само външните частици на тази топка излъчват лъчи по цялата площ на топката. Следователно изчисляването на черното тяло е лесно да се изчисли. Също така се смята, че черното тяло излъчва целия спектър от вълни. Тоест, той излъчва всички налични вълни с различна дължина. Едно сиво тяло може да излъчва част от вълновия спектър, само с определена дължина на вълната.

Помислете за сиво тяло.

Вътре в сивото тяло частиците вътре излъчват част от лъчите, които преминават през други частици. И затова изчислението става много по-сложно.

Топлинното излъчване е електромагнитно излъчване, получено от преобразуването на енергията на топлинното движение на частиците на тялото в енергия на излъчване. Именно топлинната природа на възбуждането на елементарни излъчватели (атоми, молекули и др.) противопоставя топлинното излъчване на всички други видове луминесценция и определя специфичното му свойство да зависи само от температурата и оптичните характеристики на излъчващото тяло.

Опитът показва, че топлинното излъчване се наблюдава във всички тела при всяка температура, различна от 0 К. Разбира се, интензитетът и естеството на излъчването зависят от температурата на излъчващото тяло. Например, всички тела със стайна температура от +20 °C излъчват предимно инфрачервени вълни с дължини на вълните, близки до 10 µm, докато Слънцето излъчва енергия с максимум 0,5 µm, което съответства на видимия обхват. При T → 0 K телата практически не излъчват.

Топлинното излъчване води до намаляване на вътрешната енергия на тялото и следователно до намаляване на телесната температура, до охлаждане. Загрятото тяло, поради топлинно излъчване, отделя вътрешна енергия и се охлажда до температурата на околните тела. От своя страна, поглъщайки радиацията, студените тела могат да се нагряват. Такива процеси, които могат да протичат и във вакуум, се наричат ​​радиационен топлопренос.

Абсолютно черно тяло е физическа абстракция, използвана в термодинамиката, тяло, което поглъща цялото падащо върху него електромагнитно излъчване във всички диапазони и не отразява нищо. Въпреки името, самото черно тяло може да излъчва електромагнитно излъчване с всякаква честота и визуално да има цвят. Спектърът на излъчване на черно тяло се определя само от неговата температура.

(Температурен диапазон в Келвин и техният цвят)

до 1000 червени

5500-7000 Чисто бяло

Най-черните реални вещества, например саждите, абсорбират до 99% от падащото лъчение (т.е. имат албедо, равно на 0,01) във видимия диапазон на дължината на вълната, но поглъщат инфрачервеното лъчение много по-лошо. Наситеният черен цвят на някои материали (въглен, черно кадифе) и зеницата на човешкото око се обяснява със същия механизъм. Сред телата на Слънчевата система в най-голяма степен Слънцето има свойствата на абсолютно черно тяло. По дефиниция Слънцето не отразява на практика никаква радиация. Терминът е въведен от Густав Кирхоф през 1862 г.

Според спектралната класификация Слънцето принадлежи към типа G2V („жълто джудже“). Температурата на повърхността на Слънцето достига 6000 К, така че Слънцето свети с почти бяла светлина, но поради поглъщането на част от спектъра от земната атмосфера близо до повърхността на нашата планета, тази светлина придобива жълт оттенък.

Абсолютно черно тяло - абсорбира 100% и в същото време загрява, и обратно! загрято тяло - 100% излъчва, което означава, че има строг модел (формулата на излъчване на абсолютно черно тяло) между температурата на Слънцето - и неговия спектър - тъй като и спектърът, и температурата вече са определени - да, Слънцето няма отклонения от тези параметри!

В астрономията има такава диаграма - "Спектър-светимост" и така нашето Слънце принадлежи към "главната последователност" от звезди, към която принадлежат повечето други звезди, тоест почти всички звезди са "абсолютно черни тела", т.к. не е странно. Изключение правят белите джуджета, червените гиганти и Новите, Супер-Нови.

Това е човек, който не е учил физика в училище.

Черното тяло поглъща ВСЯКАТА радиация и излъчва повече от всички други тела (колкото повече тялото поглъща, толкова повече се нагрява; колкото повече се нагрява, толкова повече излъчва).

Да предположим, че имаме две повърхности - сива (с коефициент на чернота 0,5) и абсолютно черна (коефициент 1).

Коефициентът на излъчване е коефициентът на поглъщане.

Сега върху тези повърхности чрез насочване на същия поток от фотони, да речем, 100 парчета.

Сива повърхност ще абсорбира 50 от тях, черна повърхност ще абсорбира всичките 100.

Коя повърхност излъчва повече светлина - в коя "седят" 50 фотона или 100?

Излъчването на напълно черно тяло за първи път е правилно изчислено от Планк.

Излъчването на Слънцето приблизително се подчинява на формулата на Планк.

И така започваме да изучаваме теорията.

Под радиация (радиация) се разбира излъчването и разпространението на електромагнитни вълни от всякакъв вид. В зависимост от дължината на вълната биват: рентгенови, ултравиолетови, инфрачервени, светлинни (видими) лъчения и радиовълни.

Рентгеново лъчение - електромагнитни вълни, чиято фотонна енергия се намира в скалата на електромагнитните вълни между ултравиолетовото лъчение и гама лъчението, което съответства на дължини на вълната от 10-2 до 103 Angstrom. 10 ангстрьома = 1 nm. (0,nm)

Ултравиолетово лъчение (ултравиолетово, UV, UV) - електромагнитно лъчение, заемащо диапазона между виолетовата граница на видимата радиация и рентгеновата радиация (10 - 380 nm).

Инфрачервено лъчение - електромагнитно лъчение, заемащо спектралната област между червения край на видимата светлина (с дължина на вълната λ = 0,74 μm) и микровълнова радиация (λ

Сега цялата гама от инфрачервено лъчение е разделена на три компонента:

Област на къси вълни: λ = 0,74-2,5 µm;

Област на средна вълна: λ = 2,5-50 µm;

Дълговълнов участък: λ = 50-2000 µm;

Видимо лъчение - електромагнитни вълни, възприемани от човешкото око. Чувствителността на човешкото око към електромагнитно лъчение зависи от дължината на вълната (честотата) на излъчването, с максимална чувствителност при 555 nm (540 терагерца), в зелената част на спектъра. Тъй като чувствителността пада до нула постепенно с разстояние от максималната точка, е невъзможно да се посочат точните граници на спектралния диапазон на видимото излъчване. Обикновено участък от 380-400 nm (750-790 THz) се приема като късовълнова граница, а 760-780 nm (385-395 THz) като граница на дълги вълни. Електромагнитното излъчване с такива дължини на вълната се нарича още видима светлина или просто светлина (в тесния смисъл на думата).

Радиовълни (радиовълни, радиочестоти) - електромагнитно излъчване с дължини на вълната 5 10−5-1010 метра и честоти съответно от 6 1012 Hz и до няколко Hz. Радиовълните се използват при предаването на данни в радиомрежите.

Топлинното излъчване е процес на разпространение в пространството на вътрешната енергия на излъчващо тяло с помощта на електромагнитни вълни. Причинителите на тези вълни са материалните частици, които изграждат веществото. Разпространението на електромагнитните вълни не изисква материална среда; във вакуум те се разпространяват със скоростта на светлината и се характеризират с дължина на вълната λ или честота на трептене ν. При температури до 1500 °C основната част от енергията съответства на инфрачервеното и отчасти на светлинното излъчване (λ=0.7÷50 µm).

Трябва да се отбележи, че енергията на излъчване не се излъчва непрекъснато, а под формата на определени порции - кванти. Носители на тези порции енергия са елементарните частици на излъчване - фотони, които имат енергия, брой движения и електромагнитна маса. Когато удари други тела, радиационната енергия се поглъща частично от тях, частично се отразява и частично преминава през тялото. Процесът на преобразуване на радиационната енергия във вътрешната енергия на поглъщащото тяло се нарича абсорбция. Повечето твърди и течни тела излъчват енергия от всички дължини на вълната в диапазона от 0 до ∞, тоест имат непрекъснат спектър на излъчване. Газовете излъчват енергия само в определени диапазони на дължини на вълната (селективен емисионен спектър). Твърдите вещества излъчват и поглъщат енергия от повърхността, а газовете по обем.

Енергията, излъчвана за единица време в тесен диапазон от дължини на вълните (от λ до λ+dλ), се нарича поток на монохроматично излъчване Qλ. Радиационният поток, съответстващ на целия спектър в диапазона от 0 до ∞, се нарича интегрален, или общ, лъчист поток Q(W). Интегралният лъчист поток, излъчван от единична повърхност на тялото във всички посоки на полусферичното пространство, се нарича интегрална плътност на излъчване (W / m 2).

За да разберете тази формула, помислете за изображение.

Не случайно изобразих две версии на тялото. Формулата е валидна само за тяло с квадратна форма. Тъй като зоната на излъчване трябва да е равна. При условие, че излъчва само повърхността на тялото. Вътрешните частици не излъчват.

Q е енергията (W), излъчвана от лъчите от цялата област.

Познавайки плътността на радиацията на материала, е възможно да се изчисли колко енергия се изразходва за радиация:

Трябва да се разбере, че лъчите, излизащи от равнината, имат различен интензитет на излъчване спрямо нормалата на равнината.

Законът на Ламбърт. Излъчената от тялото лъчиста енергия се разпространява в пространството в различни посоки с различна интензивност. Законът, който установява зависимостта на интензитета на излъчване от посоката, се нарича закон на Ламберт.

Законът на Ламбърт гласи, че количеството лъчиста енергия, излъчвана от повърхностен елемент в посока на друг елемент, е пропорционална на произведението на количеството енергия, излъчено по нормалата и пространствения ъгъл, направен от посоката на излъчване с нормала

Интензитетът на всеки лъч може да бъде намерен с помощта на тригонометричната функция:

Тоест това е един вид ъглов коефициент и стриктно се подчинява на тригонометрията на ъгъла. Коефициентът работи само за черно тяло. Тъй като близките частици ще абсорбират страничните лъчи. За сиво тяло е необходимо да се вземе предвид броят на лъчите, преминаващи през частиците. Трябва да се вземе предвид и отразяването на лъчите.

Следователно, най-голямото количество лъчиста енергия се излъчва в посока, перпендикулярна на радиационната повърхност. Законът на Ламберт е напълно валиден за напълно черно тяло и за тела, които имат дифузно излъчване при температура от °C. За полирани повърхности законът на Ламберт не се прилага. За тях радиацията под ъгъл ще бъде по-голяма, отколкото в посоката, нормална към повърхността.

Малко за дефинициите. Определенията са полезни, за да се изразите правилно.

Имайте предвид, че повечето твърди и течни тела имат непрекъснат (непрекъснат) спектър на излъчване. Това означава, че те имат способността да излъчват лъчи с всички дължини на вълната.

Лъчистият поток (или радиационен поток) е съотношението на излъчваната енергия към времето на излъчване, W:

където Q е енергията на излъчване, J; t - време, s.

Ако лъчист поток, излъчван от произволна повърхност във всички посоки (т.е. в рамките на полукълбо с произволен радиус), се осъществява в тесен диапазон на дължина на вълната от λ до λ + Δλ, тогава той се нарича монохроматичен радиационен поток

Общото излъчване от повърхността на тялото по всички дължини на вълната на спектъра се нарича интегрален или общ радиационен поток Ф

Интегралният поток, излъчван от единична повърхност, се нарича повърхностна плътност на потока на интегралната радиация или излъчвателна способност, W / m 2,

Формулата може да се приложи и към монохроматично излъчване. Ако топлинното монохроматично лъчение падне върху повърхността на тялото, тогава в общия случай част, равна на B λ от това излъчване, ще бъде погълната от тялото, т.е. ще се превърне в друга форма на енергия в резултат на взаимодействие с материята, част от F λ ще се отрази, а част от D λ ще премине през тялото. Ако приемем, че падащото лъчение върху тялото е равно на единица, тогава

където B λ , F λ , D λ са съответно коефициентите на поглъщане и отражение

и предаване на тялото.

Когато B, F, D остават постоянни в рамките на спектъра, т.е. не зависят от дължината на вълната, тогава няма нужда от индекси. В такъв случай

Ако B = 1 (F = D = 0), тогава тяло, което напълно абсорбира цялата радиация, падаща върху него, независимо от дължината на вълната, посоката на падане и състоянието на поляризация на радиацията, се нарича черно тяло или пълен радиатор .

Ако F=1 (B=D=0), тогава падащата върху тялото радиация се отразява напълно. В случай, когато повърхността на тялото е грапава, тогава лъчите се отразяват дифузно (дифузно отражение), а тялото се нарича бяло, а когато повърхността на тялото е гладка и отражението следва законите на геометричната оптика, тогава тялото (повърхността) се нарича огледало. В случай, когато D = 1 (B = F = 0), тялото е пропускливо за топлинни лъчи (диатермично).

Твърдите и течностите са практически непрозрачни за топлинни лъчи (D = 0), т.е. атермичен. За такива тела

Абсолютно черни, както и прозрачни или бели тела, не съществуват в природата. Такива тела трябва да се разглеждат като научни абстракции. Но все пак някои реални тела могат да се доближат достатъчно по своите свойства до такива идеализирани тела.

Трябва да се отбележи, че някои тела имат определени свойства по отношение на лъчите с определена дължина на вълната, а други по отношение на лъчите с различна дължина на вълната. Например, тялото може да бъде прозрачно за инфрачервените лъчи и непрозрачно за видимите (светлинни) лъчи. Повърхността на тялото може да бъде гладка за лъчи с една дължина на вълната и грапава за лъчи с друга дължина на вълната.

Газовете, особено тези под ниско налягане, за разлика от твърдите вещества и течностите, излъчват линеен спектър. По този начин газовете поглъщат и излъчват лъчи само с определена дължина на вълната, докато не могат нито да излъчват, нито да абсорбират други лъчи. В този случай се говори за селективно (селективно) поглъщане и излъчване.

В теорията на топлинното излъчване важна роля играе величина, наречена спектрална плътност на радиационния поток, или спектрална излъчвателна способност, която е съотношението на плътността на лъчистия поток, излъчван в безкрайно малък интервал от дължини на вълната от λ до λ + Δλ до размера на този интервал от дължини на вълната Δλ, W / m 2,

където E е повърхностната плътност на лъчистия поток, W/m 2 .

Защо няма такъв материален справочник? Защото топлинните загуби от топлинно излъчване са много малки и мисля, че е малко вероятно да надхвърли 10% в нашите условия на живот. Следователно те не се включват в изчисляването на топлинните загуби. Тогава често летим в космоса, тогава ще се появят всички изчисления. По-скоро в нашата космонавтика са се натрупали данни за материали, но те все още не са свободно достъпни.

Закон за поглъщане на лъчиста енергия

Ако лъчист поток падне върху някое тяло с дебелина l (виж фигурата), тогава в общия случай, когато преминава през тялото, той намалява. Приема се, че относителната промяна в лъчистия поток по пътя Δl е право пропорционална на пътя на потока:

Коефициентът на пропорционалност b се нарича индекс на абсорбция, който обикновено зависи от физическите свойства на тялото и дължината на вълната.

Интегрирайки от l до 0 и поддържайки b постоянно, получаваме

Нека установим връзката между спектралния коефициент на поглъщане на тялото B λ и спектралния индекс на абсорбция на веществото b λ .

От определението на спектралния коефициент на поглъщане B λ имаме

След заместване на стойностите в това уравнение, получаваме връзката между спектралния коефициент на поглъщане B λ и индекса на спектрална абсорбция B λ.

Коефициентът на поглъщане B λ е нула за l 1 = 0 и b λ = 0. За голяма стойност на bλ е достатъчна много малка стойност на l, но все още не е равна на нула, така че стойността на B λ е произволно близо до единство. В този случай можем да кажем, че абсорбцията се извършва в тънък повърхностен слой на веществото. Само в това разбиране може да се говори за повърхностно поглъщане. За повечето твърди тела, поради голямата стойност на индекса на абсорбция b λ, „повърхностното поглъщане” протича в посочения смисъл и следователно състоянието на повърхността му оказва голямо влияние върху коефициента на поглъщане.

Телата, макар и с малка стойност на индекса на поглъщане, като газовете, могат с достатъчната си дебелина да имат голям коефициент на поглъщане, т.е. са направени непрозрачни за лъчи с дадена дължина на вълната.

Ако b λ \u003d 0 за интервала Δλ и за други дължини на вълната b λ не е равно на нула, тогава тялото ще абсорбира падащото лъчение само на определени дължини на вълната. В този случай, както бе споменато по-горе, се говори за селективен (селективен) коефициент на поглъщане.

Нека подчертаем фундаменталната разлика между индекса на абсорбция на вещество b λ и коефициента на поглъщане B λ на тяло. Първият характеризира физическите свойства на материята по отношение на лъчите с определена дължина на вълната. Стойността на В λ зависи не само от физичните свойства на веществото, от което се състои тялото, но и от формата, размера и състоянието на повърхността на тялото.

Закони за излъчване на лъчиста енергия

Макс Планк теоретично, въз основа на електромагнитната теория, установява закон (наречен закон на Планк), изразяващ зависимостта на спектралната излъчвателна способност на черно тяло E 0λ от дължината на вълната λ и температурата T.

където E 0λ (λ, T) е излъчвателната способност на черното тяло, W / m 2; Т - термодинамична температура, К; C1 и C2 са постоянни; C 1 \u003d 2πhc 2 = (3,74150 ± 0,0003) 10-16 W m 2; C2 =hc/k=(1,438790±0,00019) 10-2; m K (тук h=(6.626176±0.000036) J s е константата на Планк; c=(±1.2) m/s е скоростта на разпространение на електромагнитните вълни в свободното пространство: k е константата на Болцман.)

От закона на Планк следва, че спектралната излъчвателна способност може да бъде нула при термодинамична температура, равна на нула (T=0), или при дължина на вълната λ = 0 и λ→∞ (при T≠0).

Следователно, черното тяло излъчва при всяка температура, по-голяма от 0 K. (T> 0) лъчи с всички дължини на вълната, т.е. има непрекъснат (непрекъснат) спектър на излъчване.

От горната формула можете да получите изчисления израз за излъчвателната способност на черното тяло:

Интегрирайки в обхвата на λ от 0 до ∞, получаваме

В резултат на разширяването на интегралната функция в серия и нейното интегриране се получава изчислен израз за излъчването на черното тяло, наречен закон на Стефан-Болцман:

където E 0 е излъчвателната способност на черното тяло, W / m 2;

σ - константа на Стефан Болцман, W / (m 2 K 4);

σ = (5,67032 ± 0,00071) 10 -8;

Т е термодинамична температура, К.

Формулата често се записва в по-удобна за изчисление форма:

където E 0 е излъчвателната способност на черно тяло; C 0 \u003d 5,67 W / (m 2 K 4).

Законът на Стефан-Болцман е формулиран по следния начин: излъчвателната способност на черното тяло е право пропорционална на неговата термодинамична температура в четвърта степен.

Спектрално разпределение на излъчването на черно тяло при различни температури

λ - дължина на вълната от 0 до 10 µm (nm)

E 0λ - трябва да се разбира по следния начин: Сякаш в обема (m 3) на черно тяло има определено количество енергия (W). Това не означава, че излъчва такава енергия само от външните частици. Просто, ако съберем всички частици на черно тяло в обем и измерим излъчвателната способност на всяка частица във всички посоки и ги добавим всички, тогава ще получим общата енергия на обема, която е посочена на графиката.

Както се вижда от разположението на изотермите, всяка от тях има максимум и колкото по-висока е термодинамичната температура, толкова по-голяма е стойността на E0λ, съответстваща на максимума, а самата максимална точка се премества в областта на по-късите вълни. Изместването на максималната спектрална излъчвателна способност E0λmax към по-къси дължини на вълната е известно като

Виенският закон за изместване, според който

T λ max = 2,88 10 -3 m K = const и λ max = 2,88 10 -3 / T,

където λ max е дължината на вълната, съответстваща на максималната стойност на спектралната излъчвателна способност E 0λmax .

Така, например, при T = 6000 K (приблизителна температура на повърхността на Слънцето), максимумът E 0λ се намира в областта на видимата радиация, върху която пада около 50% от слънчевата радиация.

Елементарната площ под изотермата, защрихована на графиката, е равна на E 0λ Δλ. Ясно е, че сборът от тези площи, т.е. интегралът е излъчвателната способност на черното тяло E 0 . Следователно областта между изотермата и оста x изобразява излъчвателната способност на черното тяло в конвенционален мащаб на диаграмата. При ниски стойности на термодинамичната температура изотермите преминават в непосредствена близост до оста на абсцисата и посочената област става толкова малка, че на практика може да се счита за равна на нула.

Концепциите за така наречените сиви тела и сиво излъчване играят важна роля в технологиите. Грей е неселективен термичен излъчвател, способен да излъчва непрекъснат спектър, със спектрална излъчвателна способност E λ за вълни от всички дължини на вълните и при всякакви температури, което е постоянна част от спектралната излъчвателна способност на черно тяло E 0λ, т.е.

Константата ε се нарича излъчвателна способност на излъчвателя на топлина. За сиви тела излъчвателна способност ε E - Коефициент на излъчване, W;

B - коефициент на поглъщане;

F - коефициент на отражение;

D - пропускливост;

T - Температура К.

Може да се предположи, че всички лъчи, изпратени от едното тяло, изцяло падат върху другото. Да приемем, че коефициентите на пропускане на тези тела са D 1 = D 2 = 0 и между повърхностите на две равнини има топлопрозрачна (диатермична) среда. С E 1 , B 1 , F 1 , T 1 и E 2 , B 2 , F 2 , T 2 се обозначават съответно коефициентите на излъчване, коефициентите на поглъщане, отраженията и температурите на повърхностите на първото и второто тяло.

Потокът на лъчиста енергия от повърхност 1 към повърхност 2 е равен на произведението на излъчването на повърхност 1 и нейната площ A, т.е. E 1 A, от който част от E 1 B 2 A се абсорбира от повърхност 2, а част от E 1 F 2 A се отразява обратно към повърхност 1. От този отразен поток E 1 F 2 A повърхност 1 поглъща E 1 F 2 B 1 A и отразява E 1 F 1 F 2 A. ОТ отразения енергиен поток E 1 F 1 F 2 A, повърхност 2 отново ще абсорбира E 1 F 1 F 2 B 2 A и отразява E 1 F 1 F 2 A , и т.н.

По подобен начин има пренос на лъчиста енергия от потока E 2 от повърхност 2 към повърхност 1. В резултат на това потокът на лъчистата енергия, погълнат от повърхност 2 (или отделен от повърхност 1)

Потокът от лъчиста енергия, погълнат от повърхност 1 (или отделен от повърхност 2),

В крайна сметка потокът от лъчиста енергия, пренесен от повърхност 1 към повърхност 2, ще бъде равен на разликата между лъчистите потоци Ф 1→2 и Ф 2→1, т.е.

Полученият израз е валиден за всички температури T 1 и T 2 и по-специално за T 1 = T 2 . В последния случай разглежданата система е в динамично термично равновесие и въз основа на втория закон на термодинамиката е необходимо да се зададе Ф 1→2 = Ф 2→1, от което следва

Полученото равенство се нарича закон на Кирхоф: съотношението на излъчвателната способност на едно тяло към неговия коефициент на поглъщане за всички сиви тела при една и съща температура е еднакво и е равно на излъчвателната способност на черно тяло при същата температура.

Ако едно тяло има нисък коефициент на поглъщане, като например добре полиран метал, то това тяло също има ниска излъчвателна способност. На тази основа, за да се намалят топлинните загуби от излъчване към външната среда, топлоотдаващите повърхности се покриват с листове от полиран метал за топлоизолация.

При извеждането на закона на Кирхоф беше взето предвид сивото излъчване. Изводът остава валиден дори ако топлинното излъчване на двете тела се разглежда само в определена част от спектъра, но въпреки това има същия характер, т.е. и двете тела излъчват лъчи, чиито дължини на вълните лежат в една и съща произволна спектрална област. В граничния случай стигаме до случая на монохроматично излъчване. Тогава

тези. за монохроматичното излъчване законът на Кирхоф трябва да се формулира, както следва: съотношението на спектралната излъчвателна способност на тяло при определена дължина на вълната към неговия коефициент на поглъщане при същата дължина на вълната е еднакво за всички тела при една и съща температура и е равно на спектралната излъчвателна способност на черно тяло при същата дължина на вълната при същата температура.

Заключаваме, че за сиво тяло B = ε, т.е. понятията "коефициент на поглъщане" B и "коефициент на чернота" ε за сиво тяло съвпадат. По дефиниция коефициентът на чернота не зависи нито от температурата, нито от дължината на вълната и, следователно, коефициентът на поглъщане на сиво тяло също не зависи нито от дължината на вълната, нито от температурата.

Излъчването на газовете се различава значително от излъчването на твърди тела. Поглъщане и отделяне на газове - селективно (селективно). Газовете поглъщат и излъчват лъчиста енергия само в определени, доста тесни интервали Δλ от дължини на вълната – т.нар.ленти. В останалата част от спектъра газовете не излъчват и не абсорбират лъчиста енергия.

Двуатомните газове имат незначителна способност да абсорбират лъчиста енергия и следователно малка способност да я излъчват. Следователно тези газове обикновено се считат за диатермични. За разлика от двуатомните газове, многоатомните газове, включително триатомните, имат значителна способност да излъчват и абсорбират лъчиста енергия. От триатомните газове в областта на топлотехническите изчисления най-голям практически интерес представляват въглеродният диоксид (CO 2 ) и водната пара (H 2 O), всеки от които има три емисионни ленти.

За разлика от твърдите вещества, коефициентът на абсорбция за газове (разбира се, в областта на абсорбционните ленти) е малък. Следователно за газообразните тела вече не е възможно да се говори за "повърхностно" поглъщане, тъй като поглъщането на лъчиста енергия се случва в краен обем газ. В този смисъл абсорбцията и отделянето на газове се наричат ​​обемни. Освен това коефициентът на абсорбция b λ за газовете зависи от температурата.

Съгласно закона за поглъщане, спектралният коефициент на поглъщане на тялото може да се определи от:

За газообразните тела тази зависимост е донякъде усложнена от факта, че коефициентът на поглъщане на газ се влияе от неговото налягане. Последното се обяснява с факта, че поглъщането (радиацията) протича толкова по-интензивно, колкото повече молекули среща лъчът по пътя си, а обемният брой на молекулите (съотношението на броя на молекулите към обема) е право пропорционален на налягането ( при t = const).

При техническите изчисления на газовата радиация обикновено поглъщащите газове (CO 2 и H 2 O) се включват като компоненти в сместа от газове. Ако налягането на сместа е p, а парциалното налягане на абсорбиращия (или отделящия) газ е pi, тогава е необходимо да се замени стойността pi 1 вместо l. Стойността pi 1, която е произведението на газа налягане и неговата дебелина, се нарича ефективна дебелина на слоя. По този начин, за газовете, спектралният коефициент на абсорбция

Спектралният коефициент на поглъщане на газ (в пространството) зависи от физическите свойства на газа, формата на пространството, неговите размери и температурата на газа. След това, в съответствие със закона на Кирхоф, спектралното излъчване

Коефициент на излъчване в рамките на една лента от спектъра

Тази формула определя излъчването на газ в свободното пространство (празнота). (Свободното пространство може да се разглежда като черно пространство при 0 K.) Но газовото пространство винаги е ограничено от повърхността на твърдо тяло, в общия случай има температура T st ≠ T g и излъчвателна способност ε st

Спектралният състав на излъчването на отделни възбудени атоми е набор от относително тесни линии. Това означава, че светлината, излъчвана от разредени газове или пари, е концентрирана в тесни спектрални интервали в близост до определени честоти, характерни за атомите от всеки тип.

Топлинно излъчване.Спектърът на излъчване на твърди и течни тела, нагрети до висока температура, има съвсем различна форма. В това излъчване, наречено топлинно, има електромагнитни вълни с всички честоти от много широк диапазон, тоест неговият спектър е непрекъснат.

За да добием представа за естеството на топлинното излъчване, нека разгледаме няколко тела, нагрети до различни температури и поставени в затворена кухина, чиито вътрешни стени напълно отразяват падащата върху тях радиация. Опитът показва, че такава система, в съответствие с принципите на термодинамиката, рано или късно стига до състояние на топлинно равновесие, при което всички тела придобиват еднаква температура. Това се случва и ако вътре в кухината има абсолютен вакуум и телата могат да обменят енергия само чрез

излъчване и поглъщане на електромагнитни вълни. Това дава възможност да се прилагат законите на термодинамиката при изследването на такава система.

В равновесие всички тела поглъщат едно и също количество енергия на електромагнитни вълни за единица време, както излъчват, а енергийната плътност на радиацията, запълваща кухината, достига определена стойност, съответстваща на постоянната температура. Такова излъчване, което е в термодинамично равновесие с тела с определена температура, се нарича равновесно или черно излъчване. Не само енергийната плътност, т.е. общата енергия на единица обем, но и спектралният състав на равновесното излъчване, запълващо кухината, зависи само от температурата и е напълно независим от свойствата на телата в кухината.

Спектрален състав на топлинното излъчване.Универсалният характер на спектралния състав на равновесното излъчване, както е показано за първи път от Кирхоф през 1860 г., следва директно от втория закон на термодинамиката. Наистина, нека приемем обратното, т.е., че спектралният състав зависи от природата на тялото, с което излъчването е в равновесие. Да вземем две кухини, в които излъчването е в равновесие с различни тела, които обаче имат еднаква температура. Нека свържем кухините с малка дупка, за да могат да обменят радиация. Ако плътностите на радиационната енергия в тях са различни, тогава възниква насочен пренос на лъчиста енергия, което ще доведе до спонтанно нарушаване на топлинното равновесие между телата, т.е. до появата на определена температурна разлика. Това противоречи на втория закон на термодинамиката.

За експериментално изследване на спектралния състав на равновесното лъчение може да се направи малка дупка в черупката, заобикаляща кухината. Излизащата през отвора радиация, въпреки че не е равновесна, все пак има точно същия спектрален състав като равновесната радиация, запълваща кухината. Излизащата от дупката радиация се различава от равновесната само по това, че не е изотропна, тъй като се разпространява в определена посока.

Ако температурата в кухината се повиши, тогава енергията, отнесена от излъчването, излизащо от дупката, ще се увеличи. Това означава, че обемната енергийна плътност на равновесното излъчване нараства с температурата. Този растеж е много бърз, както ще видим по-долу, пропорционално на четвъртата степен на термодинамичната температура. С повишаване на температурата спектралният състав на излъчването също се променя и то по такъв начин, че максимумът се измества в областта на по-късите вълни: светлината, излизаща от отвора в горещата пещ, има червеникав оттенък при относително ниска температура и става жълто и дори бяло, докато се издига.

Какво може да се види, когато се гледа през дупка в кухина, в която радиацията е в равновесие с телата? Защото

Тъй като свойствата на излъчването, излизащо от дупката при топлинно равновесие, не зависят от природата на телата вътре в кухината, то излъчването не може да носи никаква информация за тези тела, освен за тяхната температура. И наистина, гледайки вътре в пещта, няма да видим никакви предмети на фона на стените на кухината, нито на самите стени, въпреки че много светлина ще влезе в окото. Контурите на предмети вътре в кухината няма да се виждат, всичко ще изглежда еднакво светло.

Способността за разграничаване на обекти се появява само при използване на неравновесно излъчване. Дори ако това излъчване идва от горещи тела и неговият спектрален състав е близък до равновесния, температурата на излъчващата повърхност трябва да бъде по-висока от температурата на осветените обекти.

Всички експериментално наблюдавани закономерности на черното излъчване се описват с формулата на Планк, получена въз основа на отхвърлянето на непрекъснатия характер на радиационния процес.

Ориз. Фиг. 96. Честотно разпределение на енергията в спектъра на равновесното лъчение (а) и спектрална плътност на равновесното лъчение при различни температури (б)

Честотното разпределение на енергията, дадено от формулата на Планк в спектъра на равновесното излъчване

показано на фиг. 96а. На фиг. 96b показва спектралната плътност на равновесното излъчване като функция от дължината на вълната при няколко температури.

Радиацията като газ от фотони.Равновесното топлинно излъчване може да се разглежда като газ, състоящ се от фотони. Фотонният газ е идеален, тъй като различните електромагнитни вълни във вакуум не взаимодействат една с друга. Следователно, установяването на топлинно равновесие във фотонен газ е възможно само когато той взаимодейства с материята.

Механизмът за установяване на топлинно равновесие се състои в поглъщането на едни и в излъчването на други фотони от материята.

Възможността за поглъщане и излъчване на фотони води до характерна особеност на фотонния газ: броят на частиците в него не е постоянен, а сам се определя от условието за термодинамично равновесие.

Идеята за фотонен газ прави много лесно намирането на зависимостта на енергийната плътност на равновесното излъчване от термодинамичната температура T. Това може да се направи с помощта на съображения за размери. Енергията на единица обем радиация може да бъде представена като продукт на средния брой фотони на единица обем, равномерно запълващ кухината от средната енергия на един фотон

Величините, от които могат да зависят средната енергия на фотоните и броят на фотоните на единица обем равновесно излъчване, са термодинамичната температура T, константата на Болцман k, скоростта на светлината c и константата на Планк. Тъй като равновесното излъчване в кухина прави не зависят нито от размера и формата на кухината, нито от естеството на телата в кухината, нито от веществото на стените й, тогава такива параметри като размерите на телата и кухината и такива константи като зарядите и масите на електрони и ядра, не може да се появи в изразите за

Зависимост на енергийната плътност от температурата.Средната енергия на фотон на топлинно излъчване е равна по порядък.

където е някакъв безразмерен фактор.

Формула (2) показва, че обемната енергийна плътност на равновесното излъчване е пропорционална на четвъртата степен на температурата в кухината. Такова бързо увеличаване на енергийната плътност с температурата се дължи не толкова на увеличаване на средната енергия на фотоните (която е пропорционална на T), колкото на увеличаване на броя на фотоните в кухината, което е пропорционално на куба на температурата .

Ако има малка дупка в стената на кухината, тогава потокът на радиационна енергия y през единичната площ на отвора е пропорционален на произведението на енергийната плътност в кухината и скоростта на светлината c:

където a се нарича константа на Стефан-Болцман. Точно изчисление, базирано на прилагането на статистическа механика към фотонен газ, дава стойност за него, равна на

По този начин общият интензитет на излъчване от отвора е пропорционален на четвъртата степен на термодинамичната температура в кухината.

Излъчването от повърхността на нагрети тела се различава от излъчването от дупка в стената на кухината. Интензитетът и спектралният състав на това излъчване зависят не само от температурата, но и от свойствата на излъчващото тяло. Въпреки това, в много случаи може да се счита, че тези разлики са малки.

Температура на земната повърхност.Като пример за прилагане на закона за топлинното излъчване (3) разгледайте въпроса за средната температура на земната повърхност. Ще приемем, че топлинният баланс на Земята се определя основно от поглъщането на енергията на слънчевата радиация и излъчването на енергия в космоса, а ролята на процесите, протичащи вътре в Земята, е малка. Общият поток енергия, излъчван от Слънцето, в съответствие с (3), е равен на - температурата на повърхността на Слънцето, - неговия радиус. Ще приемем, че цялата енергия на падащата на Земята слънчева радиация се поглъща. С помощта на фиг. 97 е лесно да се разбере, че количеството енергия, погълната от Земята за единица време, е равно на

В заключение отбелязваме, че спектърът на излъчване на нагрети тела е толкова широк, че ефективността на лампите с нажежаема жичка и други осветителни устройства, базирани на излъчването на горещи тела, е напълно незначителна. Областта на видимата светлина съответства само на тясна лента в спектъра на топлинното излъчване.

Защо енергийната плътност и спектралният състав на равновесното излъчване, запълващо кухината, зависят само от температурата? Защо тези количества не могат да зависят от свойствата на телата в кухината и от материала на стените й?

Защо излъчването, излизащо от отвора в кухината, макар и да не е равновесно, въпреки това има същия спектрален състав като равновесното лъчение вътре в кухината? В крайна сметка, газовите молекули, излитащи през дупка в стената на съда, средно имат повече енергия от молекулите в съда.

Защо, гледайки през дупката в нажежената до червено пещ, не виждаме ясните контури на обектите, разположени там?

Защо радиацията в една кухина, т.е. съвкупността от фотони, разположени там, може да се счита за идеален газ?

Защо взаимодействието на фотоните с материята е необходимо за установяване на термодинамично равновесие в газ от фотони?

Как концентрацията на фотоните в равновесното излъчване зависи от температурата?

Как, използвайки съображения за размери, да покажем, че енергията на топлинното излъчване, излъчвана от тялото, е пропорционална на четвъртата степен на термодинамичната температура на тялото?

Ако цялата енергия, която идва на Земята от Слънцето, в крайна сметка се излъчва в космоса, тогава какъв е смисълът на твърдението, че Слънцето дава живот на всичко, което съществува на Земята?

Експериментално е установено, че топлинното излъчване от нагрятото тяло привлича - а не отблъсква! - близки атоми. Въпреки че явлението се основава на добре познатите ефекти на атомната физика, то остава незабелязано дълго време и теоретично беше предсказано само преди четири години.

Изместване на енергийните нива поради топлинно излъчване

Наскоро се появи в архива на електронните препринти, докладвайки експериментално потвърждение, че топлинното излъчване от горещо тяло е в състояние да привлече близки атоми към тялото. Ефектът изглежда на пръв поглед неестествен. Топлинната радиация, излъчвана от нагрятото тяло, отлита от източника - така че защо е способна да причини сила атракция?!

Показване на коментари (182)

Сгъване на коментарите (182)

В дискусията, както почти винаги се случва сега, се постулира една версия на „обяснението“. Всъщност неговата приложимост трябваше да бъде обоснована.
Игор! Вие сте много добър човек. Повече от една година търкаляте камъка на вашата мисия.
Какво е гравитацията? Механичното му разглеждане отново ли е станало научно?
В описания експеримент е регистрирана промяна в инерцията.
Останалото е от лукавия, нали?
Много интересен е ходът на мислите за дъската на вълните. (самият аз съм от първите).
Все пак може да има различни прости ефекти. Например движение към спускане на дъното. В тази ситуация всяка следваща вълна може да е малко по-ниска и все пак да има вертикален компонент.

Чудя се дали добавянето на нанотръби към асфалта няма нищо общо с топологията premium?
Не?
Вълните не се рисуват в EM равнината?
Е, да, ... да.
И отново тези вихрушки са на нивото на Декарт

Отговарям

Основната стойност на тази статия е, че тя разрушава някои стереотипи и ви кара да мислите, което допринася за развитието на творческото мислене. Много се радвам, че тук започнаха да се появяват такива статии.

Можете да фантазирате малко. Ако допълнително намалим енергията на тялото (обекта), включително енергията на вътрешните взаимодействия в елементарните частици, тогава енергията на обекта ще стане отрицателна. Такъв обект ще бъде изтласкан от обикновената гравитация и ще има свойството на антигравитация. Според мен съвременният вакуум на нашия Свят няма абсолютна нулева енергия - т.к това е добре структурирана среда, за разлика от абсолютния хаос. Просто нивото на енергията на вакуума в енергийната скала се приема равно на нула. Следователно може да има енергийно ниво, по-малко от нивото на вакуумната енергия - няма нищо мистично в това.

Отговарям

„Връщайки се към оригиналния теоретичен документ от 2013 г., споменаваме потенциалното значение на този ефект не само за атомни експерименти, но и за космически явления. Авторите разглеждат силите, действащи вътре в облак прах с плътност 1 g/cm3, нагрят. до 300 К и се състои от частици с размер 5 микрона."
Има ли грешка тук? Плътността на облака прах е твърде висока, като тази на горния слой на реголита.
И от самото явление: и ако вземем по-нетривиална версия на проблема - действието на топлинното излъчване върху неполяризирана частица, например електрон. Къде ще бъде насочена силата? Нагревателят е 100% диелектричен.

Отговарям

• Да, това е висока плътност, на ръба на агломерацията на прахови частици.

  Изолираният електрон няма енергийни нива, няма какво да понижи. Е, той няма диполен момент, в границите на грешките (в текста има връзка към търсенето на електронния EDM). Следователно тази сила не действа върху него. Освен това той е зареден, фотоните са добре разпръснати върху него, така че като цяло просто ще бъде отблъснат поради натиск.

  Отговарям

Далечният IR спектър е удобен с това, че енергията на фотоните все още е малка, така че всички изисквания са изпълнени. По-ниските температури също са подходящи, но там ефектът вече е много слаб. При температури от хиляди градуси разсейването на фотоните вече е много по-силно и то прекъсва този ефект.

Отговарям

• Не говоря за нагорещено тяло. И за други излъчватели и спектри.
  Всичко, което обсъждаме тук, са вълновите ефекти. Така че те не могат да бъдат ограничени само до IR.
  Правилно ли разбирам, че в зависимост от размера на частицата е необходимо да се избере подходящата дължина на вълната?
  За тежки атоми или водородни атоми, трябва ли да изберете вашата честота, така че привличането да е максимално?

  Сега в главата ми се върти една готина идея как да го проверя например на вълните в басейна или морето.
  Тези. направете механична играчка, която ще плува срещу вълните.
  Какво мислите за тази възможност?

  Отговарям

  • 1) Дължината на вълната трябва да бъде значително по-голяма от размера на частиците.
    2) Самата система не трябва да взаимодейства с външно влияние като цяло, взаимодействието се осъществява само поради индуцирана поляризация.
    3) Трябва да има дискретен спектър от възбуждения, а енергията на фотоните трябва да бъде значително по-малка от разстоянията между нивата, в противен случай вълните лесно ще се разпръснат и по този начин ще упражняват натиск. Когато тези условия са изпълнени, ефектът вече не зависи от дължината на вълната.
    4) Силата трябва да бъде векторна, а не скаларна, за да намали енергията на системата.

    Сега си представете дали това може да се приложи за вълни по водата.

    Отговарям

    • Част от този ефект виждам добре в реалния свят. Обичам състезанията с яхти. А майсторите на спорта в яхтинга печелят регати именно благодарение на способността си да ходят правилно срещу вълната. Тези. ако всичко е направено правилно, тогава идващите вълни дават на яхтата допълнителна енергия.
      Всъщност това е парадокс. Но той се вижда добре в състезанията. Веднага щом вълните се издигнат, веднага настъпва "квантуване" по нива на умения)) Аматьорите се забавят, докато професионалистите, напротив, получават допълнително предимство.

      Така че такава играчка е съвсем реална.
      Настроих яхтата си така, че да върви без контрол и всякакви смущения срещу вятъра и срещу вълните без проблеми.
      Ако копаете по-дълбоко, тогава именно тази настройка дава максимално предимство.

      Нека просто да кажем, ако си представите точков източник на силен вятър в средата на езерото, тогава моята яхта ще се стреми към него и ще се върти в кръг до безкрайност ...
      много красива и реална аналогия, например движението на земята около слънцето)))
      и изглежда, че има известна сила, която влачи яхтата към източника на вятъра.

      Между другото, можете да поставите проблема върху елементите и да оцените например минималното разстояние, на което яхтата може да се приближи до източника на вятъра.

      Нека ви напомня, че ветроходна яхта плава срещу вятъра с халси, описвайки подобие на синусоида. Тя се върти само през носа. Ако се обърне, тогава магията ще изчезне и ще се върне с вятъра.

      Отговарям

      Мисля, че сте малко объркани. Няма подобни ефекти при залепването. Съществува сложна сума от добре дефинирани сили, която дава нетна сила, която има ненулева отрицателна проекция по оста на посоката на вятъра.

      Отговарям

  • На пръв поглед далече... защото има вълни и вятър. Но на примера на яхта всичко работи. Ако е балансиран, тогава той се стреми към източника на вятъра с халки. Просто седите и се наслаждавате на физиката на процеса, докато пиете коняк. Особено готино е да се наблюдават моментите на ускорение и динамиката на процеса в различни точки от траекторията. Ръцете не стигнаха до истината, за да оценят приблизителната функция, която описва траекторията.

    Изградихме подобни модели на частици и ги изпълнихме на компютъра.

    Предлагам друг експеримент.
    Взимаме топки или топки с различни размери и поставяме вибратори вътре с персонализирана честота.
    Хвърляме ги върху гладката повърхност на водата и наблюдаваме ефекта на вълновото привличане или отблъскване. Без вятър. Само поради вибрации и намеса на вълните върху водата. Просто трябва да вдигнете честотата. Постоянните вълни и резонансът ще си свършат работата))
    Мисля, че съм виждал това видео някъде.

    Отговарям

    • Не мисля, че вълните имат нищо общо с това. И физиката е друга. Това е като реактивно задвижване, което действа перпендикулярно на посоката на вятъра поради платното (платното върти вятъра). В същото време, ако яхтата е обърната малко срещу вятъра, тогава тя ще отиде там, т.к. съпротивлението на водата в тази посока ще бъде по-малко от директния дрейф на яхтата от вятъра. Пожелавам ви приятна почивка и още коняк!

      Отговарям

      • Разбира се, няма реактивна тяга. По-скоро идеята ви е ясна, но това не е правилното определение.
        По същия начин кажете, че планер, който лети поради въздушни течения, създава реактивна тяга.
        Платната срещу вятъра работят като крило на самолет.
        Умението на моряка влияе върху това как той насочва платното и му придава най-ефективната форма за генериране на енергия. Всичко там не е много тривиално. Понякога изместването от 1 см на чаршафа (въжето) е критично. Отначало дори нарисувах прорези, за да бъда в крак с общата компания.

        Колкото до физиката.
        Няма обикновени вълни без вятър. По тази идея моят колега получи докторска степен по физика. Взех си и парче докторска наденица като работен кон за програмиране на модела и оптимизация. Но работата беше интересна.
        Аналогията е следната. В първите дни на изследване на вятъра и плаване имаше само един начин - ходене с вятъра. При страничен вятър без кил, корабът има огромен дрифт. Оттук идва и изразът „чакайте попътен вятър“.
        Но тогава се появиха кила и триъгълните платна и се оказа, че върви срещу вятъра с халси.

        Същото важи и за слънчевото плаване. Тези. можете да ходите не само с вятъра, но и с халки, за да отидете до източник на радиация, като например звезда.
        Готино?

        Отговарям

      • В реалния свят има)) И въпросът е какъв е килът. Но всичко това е патентовано или затворено от NDA и аз дори нямам право да говоря и да намеквам за конкретни решения.
        Но аналогиите могат да се обсъждат открито.
        Решете този пъзел и се наслаждавайте. Няма да печелите пари.
        Яхта с кил и платна е система върху равна повърхност с вибрации в 3-то измерение. Тя използва 2 среди.
        Когато се преместим в космоса, всичко е същото, но плюс едно измерение.
        Ако сте запознати с ТРИЗ (теорията за решаване на изобретателски проблеми), тогава има ясни методи за решаване на такива проблеми. По-скоро има съвети как да мислим.

        Отговарям

        • При яхта за справяне всичко е банално: яхтата печели кинетична енергия във вятъра (платната се „отварят“), когато се движи срещу, поради взаимодействие с вече водната среда, се обръща срещу вятъра (след това платното се поставя в положение на минимално съпротивление на вятъра). След това яхтата всъщност може да пътува много по-далеч, отколкото на етапа на ускорение, като постепенно губи кинетична енергия от триене (в течен хелий човек може да кара поне до безкрайност). По този начин във вашата задача единственият въпрос се отнася до това как да разгърнете съзнателно сгънато (или поставено на ръба към слънцето) платно. Разбира се, има много опции: гравитационното поле на планетата, магнитното (или електромагнитното) поле от външен източник и т.н. и т.н., но уви, всички те изискват някакъв външен източник. Ако го имате за решаване на конкретна навигационна задача, летете. Ако не... Няма да го получите със силите на самата инсталация. Законът за запазване на импулса, по дяволите))

          Отговарям

          • За да върви срещу вятъра, яхтата не трябва да върви с вятъра. Всички стартове на състезанието са срещу вятъра.
            Повтарям, че триъгълно платно е самолетно крило с подемна сила, насочена под ъгъл към корпуса на лодката. И проекцията е достатъчно силна, за да върви под ъгъл от 30 градуса спрямо вятъра. Ако поставите яхтата още по-остро, тогава попътният вятър вече я забавя и платното започва да се люлее и губи своята аеродинамична форма. И тези, които по-добре усещат тази граница, печелят състезанието.
            Не е забавно да караш по вятъра.

            Отговарям

И ето един прост експеримент по нашата тема. Можеш ли да обясниш?


Какво прави кривата пътека по-бърза от права линия?

Очевидно е, че ако наблюдаваме това в нашия мащаб, то в квантовия свят ще бъде абсолютно същото. И в макро света също.

Отговарям

• Банален училищен проблем по физика. Опростяваме модела до една праволинейна траектория с малък ъгъл спрямо хоризонталата - и траектория под формата на линия с прекъсване, където първият участък е наклонен към хоризонта много по-силно, а вторият има още по-малък наклон от първата траектория. Началото и краят на траекториите са еднакви. Нека игнорираме триенето. И изчисляваме времето на пристигане до "финала" за товара по единия и другия начин. 2-ри z-n N. (осмокласниците знаят какво е) ще даде, че времето за пристигане до финалната линия по втората траектория е по-малко. Ако сега завършите проблема с втората част на инсталацията, която представлява огледален образ спрямо вертикалата в края на траекторията, леко заоблени ръбовете, тогава ще получите свой собствен калъф. Баналност. Ниво "С" на изпита по физика. Дори не е олимпиадна задача по сложност

  Отговарям

  • Харесва ми опростената ти идея. Може би това ще помогне на децата. Дайте ми време да помисля и да се опитам да говоря с тийнейджърите.

    И ако без опростяване и всичко е толкова банално, тогава каква форма на траекторията е най-бърза?

    Отговарям

"При температури от хиляди градуси разсейването на фотоните вече е много по-силно и прекъсва този ефект."...

Това е!!!
Предполага се, че този ефект работи в ограничена област и съответните видове енергийни взаимодействия. В граничните зони преобладават "честотната дисперсия" и съответстващата й динамика. Володя Лисин се опита да разкрие някои от нюансите на тези процеси през 1991 г., но
вероятно не успя. (Просто не можах да се свържа с него.). Според мен този ефект отшумява с намаляването на температурните градиенти и (интензивността на конвекционните течения) в анализираната зона.
http://maxpark.com/community/5302/content/3334997#comment-44 797112
#10 MAG » 04.09.2015, 22:02
http://globalwave.tv/forum/viewtopic.php?f=20&t=65
Векове летяха, но без чудеса... - "нито тук, нито там": (Филм 7. Топлина и температура)
https://www.youtube.com/watch?v=FR45i5WXGL8&index=7& list=PLgQC7tmTSjqTEDDVkR38piZvD14Kde
rYw

Отговарям

Смешен ефект. Тя може да хвърли светлина върху проблема с първия грам при формирането на планетите – как микроскопичният прах може да се слепи в облак газ-прах. Докато един атом, да речем, на водорода, е далеч от частиците, той практически е в изотропно топлинно излъчване. Но ако две прахови частици неволно се приближат до него, тогава, взаимодействайки с атома със своето излъчване, те ще получат импулс един към друг! Силата е многократно по-голяма от гравитационната сила.

Отговарям

• За залепване на прахови частици не е необходимо да ограждате такава готина физика. Но какво да кажем за "праховите частици", всички разбираме, че най-вероятно говорим за H2O, като основен твърд компонент в много облаци? Съединенията на въглерода с водорода са изключително летливи (до пентан), няма да кажа нищо за амоняка, вещества, различни от H, He, C, N, O са в малцинство, има и малко надежди за сложни органични вещества . Така че твърдото вещество ще бъде предимно вода. Вероятно в реални облаци от газ ледените снежинки се движат доста хаотично и сравнително бързо, вярвам, че със скорости най-малко сантиметри в секунда. Подобен ефект, както в статията, просто няма да създаде такъв потенциал за сблъсък на снежинките - характерните относителни скорости на снежинките са твърде високи и снежинките преминават през потенциалната дупка на другата за част от секундата. Но няма значение. Снежинките вече често се сблъскват и чисто механично губят енергия за това. В даден момент те ще се слепят заедно поради молекулярните сили в момента на контакт и ще останат заедно, така че ще се образуват снежни люспи. Тук, за да се навият малки и много рехави снежни топки, не е необходимо нито топлинно, нито гравитационно привличане – необходимо е само постепенно смесване на облака.

  Също така смятам, че изчислението в статията има груба грешка. Взето е предвид привличането по двойки на праховите зърна. Но прахът в плътен облак е непрозрачен и дава равномерна топлина от всички страни, т.е. имаме прашинка вътре в топла куха камера. И защо ще лети в района на най-близкия прашец? Тези. за привличане към работа е необходимо студено пространство, а в плътен облак не се вижда, което означава, че няма топлинен градиент.

  Отговарям

  • >Също така смятам, че изчислението в статията има груба грешка. Взето е предвид привличането по двойки на праховите зърна. Но прахът в плътен облак е непрозрачен и дава равномерна топлина от всички страни, т.е. имаме прашинка вътре в топла куха камера.

    Тук не съм съгласен. Тук можем да направим аналогия с плазмата. В приближението на идеална плазма без сблъсък всичко е приблизително както казвате: разглежда се средното поле, което при липса на външни заряди и токове е равно на нула - приносите на заредените частици напълно се компенсират взаимно. Въпреки това, когато започнем да разглеждаме отделните йони, се оказва, че влиянието от най-близките съседи все още е налице и трябва да се вземе предвид (което се прави чрез интеграла на сблъсъка на Ландау). Характерното разстояние, отвъд което може да се забрави за взаимодействието по двойки, е радиусът на Дебай.

    За разглежданото взаимодействие смятам, че подобен параметър ще бъде безкраен: интегралът от 1/r^2 се сближава. За строго доказателство би било необходимо да се построи кинетично уравнение за "мъглата" от капчици с такова взаимодействие. Е, или използвайте уравнението на Болцман: напречното сечение на разсейване е крайно, което означава, че не е нужно да сте толкова сложни, като в плазма, като въвеждате средно поле.

    Е, помислих си, интересна идея за статия, но всичко е тривиално. :(

    И в обсъжданата статия те действаха много просто: те оцениха общата потенциална енергия на сферичен облак от микрочастици с гаусово разпределение. Има готова формула за гравитацията, за това взаимодействие (по асимптотиката r>>R) са я изчислили. И се оказа, че има забележима област, където приносът на гравитацията е много по-малък.

    Отговарям

    • > За разглежданото взаимодействие вярвам, че подобен параметър ще бъде безкраен

      Може би нула? Общо взето не разбрах много твоя пост, в него има изобилие от математика, която не знам, кога е по-лесно тук - за да имаш небалансирана сила ти трябва градиент на плътност на излъчване, когато има няма градиент, помислете, че няма сила, т.к е еднакъв във всички посоки.

      > И се оказа, че има забележима област, където приносът на гравитацията е много по-малък.

      Не можете ли да бъдете малко по-конкретни? Наистина не разбирам как този ефект може да помогне за образуването на нещо в космоса, което да направи разлика. За мен това е безполезна стойност. Това е като да докажем, че ефектът е повече от 100 500 пъти по-силен от гравитационното взаимодействие между съседните атоми в атмосферата на Юпитер – съгласен съм, но това е само защото гравитационното взаимодействие на отделните прахови частици по принцип изобщо не е интересно. Но гравитацията поне не е защитена.

      Смятам, че ефектът се увеличава в близкото поле, когато разстоянието се приближи до 0, но това вече е описание как точно се сблъскват прашинките, ако вече са се сблъскали.

      PS: потенциалът на праховата частица в топлинно излъчване, както го разбирам, не зависи от размера на облака по порядък на величината - този потенциал зависи само от плътността на излъчване, т.е. за температурата и степента на непрозрачност на облака. Степента на непрозрачност по ред може да се приеме за 1. Оказва се, че без значение какъв вид облак имаме, важна е само средната температура наоколо. Колко голям е този потенциал, ако се изрази чрез кинетична енергия m/s? (Мога и мога да изчисля, но може би има готово решение?) Също така, ако облакът е непрозрачен, тогава потенциалът на облака като цяло ще бъде функция от повърхността на облака. Любопитното е, че получихме същото повърхностно напрежение, но по малко по-различен начин. И вътре в облака прахът ще бъде свободен.

      Отговарям

Отваряте статията от 2013 г., вижте, там не е трудно, там всичко е описано на обикновен човешки език.

За илюстрация те взеха облак с краен радиус от 300 метра и глупаво подмениха числа във формулите за ситуацията вътре и извън облака. Основното наблюдение е, че дори навън, на разстояние от почти километър от центъра, топлинното привличане все още е по-силно от гравитационното привличане. Това е само за да усетите мащаба на ефекта. Те признават, че реалната ситуация е много по-сложна и трябва да се моделира внимателно.

Отговарям

Прахът е представен основно (при 400°К) от оливин, сажди и силициеви частици. Те са "опушени" от червени супергиганти.
Праховите частици превръщат кинетичната енергия в топлинна енергия. И те не взаимодействат един с друг, а с близки атоми или молекули, които са прозрачни за радиация. Тъй като r е кубичен, тогава праховите частици, които са на милиметър, сантиметър разстояние от АТОМ, всеки го дърпа към себе си и се появява резултантна сила, която сближава праховите частици. В същото време праховите частици в един метър се игнорират поради намаляване на силата на взаимодействие с милиарди (или дори трилиони) пъти.

Отговарям

„Това излъчване се разминава във всички посоки, така че неговата енергийна плътност намалява с разстояние като 1/r2. Един атом, намиращ се наблизо, усеща това излъчване - защото намалява енергията си. И тъй като атомът се стреми да намали максимално енергията си на взаимодействие, за него е енергийно изгодно да се приближи до топката - в края на краищата намаляването на енергията е най-значително там!
Но, извинете, ако един атом се втурне към нагрята топка, тогава той по никакъв начин няма да намали енергията си, а напротив, само ще я увеличи. Не мисля, че това е правилното обяснение.

Отговарям

Тук излязох с проблем. Нека има термично стабилизирана камера, съставена от две черни полукълба с различни радиуси, ориентирани в различни посоки, и допълнителен плосък пръстен. Нека лявото полукълбо има по-малък радиус от дясното, плоската преграда прави камерата затворена. Нека атомът е в центъра на кривината на всяко от двете полукълба и да бъде неподвижен. Нека полукълбата да са топли. Въпросът е - дали атомът ще изпита термична сила в една от посоките?

Тук виждам 2 решения: 1) бързо ще възникне топлинно равновесие в такава камера, т.е. плътността на излъчване ще бъде еднаква от всички страни и еднаква във всяка точка на камерата. Ако плътността на топлинното излъчване в камерата не зависи от избраната точка, тогава потенциалът на взаимодействие с радиацията не се променя и следователно няма сила.
2) Грешно решение. Разделяме стената на повърхностни елементи с еднаква площ и интегрираме силата на взаимодействие на атома с повърхностния елемент. Оказва се, че плоският пръстен има нулев принос, а по-близката лява повърхност има квадратно по-малко точки, всяка от които влачи куб в пъти по-силно – т.е. прашинка лети до най-близката повърхност, т.е. наляво.

Както виждате, отговорът е съвсем различен.

Обяснение на противоречието. Ако имаме излъчващ елемент с несферична форма, тогава той не свети еднакво във всички посоки. В резултат на това имаме градиент на плътност на излъчване, чиято посока не е насочена към излъчвателя. Тогава получаваме това - да разбием сложна повърхност на точки и да ги разглеждаме като КРЪГЛИ прашинки става напълно неправилно.

Отговарям

Тук се сетих за още по-интересен проблем. Нека имаме топлоизлъчвател под формата на плосък черен пръстен, чиито външен и вътрешен радиуси са равни на R и r. И точно по оста на пръстена, на разстояние h е атом. Брой з<

Решение 1 (грешно!). Разбийте пръстена на "парчета", след което вземете интеграла от силата на привличане на атома и елементите на пръстена по повърхността. Изчислението не е интересно, т.к по един или друг начин получаваме, че атомът е изтеглен в пръстена.
Решение 2. Пръстенът не може да свети от края или свети изчезващо малко, т.е. енергийният потенциал на атома в точките на равнината на пръстена се превръща в 0 (потенциален максимум). Излъчването на пръстена ще бъде различно от нула в точки, чиято височина h над равнината на пръстена е различна от 0, в тези точки ще има ненулев потенциал (по-малко от 0). Тези. имаме градиент на плътност на радиация, който локално (за h~=0, h<

Струва ми се, че решение 1 съдържа грешка, изглежда разбирам къде, но не мога да обясня с прости думи.

Тази задача показва това. Атомът не се привлича към излъчващия топлина обект, т.е. векторът на силата не е насочен към излъчващата повърхност. За нас е без значение ОТКЪДЕ идва радиацията, за нас е важно КОЛКО радиация в дадена точка и какъв е градиента на плътността на радиацията. Атомът върви по посока на градиента на плътността на излъчване и този градиент може да бъде насочен дори към тази полуравнина, в която няма нито една точка на излъчвателя.

Задача 3. Същият пръстен като в т. 2, но първоначално атомът е в точката h=0. Това състояние е балансирано и симетрично, но нестабилно. Решението е спонтанно нарушаване на симетрията. Атомът ще бъде изтласкан от позицията на центъра на симетрия, тъй като то е нестабилно.

Обръщам и внимание - не е необходимо да се заменя облакът с привличащи прахови частици. Ще се окаже лошо. Ако 3 прахови частици стоят на една права линия и леко се засенчват една друга, тогава симетрията ще бъде спонтанно нарушена, това не е в гравитационните сили, т.к. гравитацията не е екранирана.

Отговарям

Имам въпрос (не само към Игор, но и към всички). Как потенциалната енергия влиза в гравитационната маса на системата? Искам да реша този въпрос. Например, Вселената се състои от равномерно разположени в пространството зърна прах, които гравитационно взаимодействат помежду си. Очевидно е, че такава система има голяма потенциална енергия, тъй като съществува състояние на системата, в което тези прахови зърна са концентрирани в галактики, всяка от които има по-ниска потенциална енергия в сравнение с праховите зърна, разпръснати в пространството на които те са съставени. Конкретният въпрос е следният – влиза ли потенциалната енергия на тази система в гравитационната маса на Вселената?
Струва ми се, че този въпрос е свързан с темата, която повдигна PavelS. В една безкрайна вселена е невъзможно да се отдели сфера, която я обхваща. И вътре във всяка друга сфера, например, обграждаща галактика, гравитационният потенциал, създаден от материята, разположена зад сферата (разположена в големи мащаби почти равномерно в пространството), не влияе на поведението на телата вътре в тази сфера. Следователно е възможно да се говори за навлизане на потенциална енергия в гравитационната маса само по отношение на локалните нехомогенности в разпределението на материята.

Отговарям

• Не съм повдигал този въпрос. :) Също така ми се струваше, че разширяването на Вселената, като се вземе предвид тъмната енергия и зачервяването на фотоните, нарушава закона за запазване на енергията, но със силно желание можете да излезете и да кажете, че общата енергия на Вселената все още е 0, защото веществото е в потенциална ямка и колкото повече вещество, толкова по-дълбоко е кладенчето. За това, което купих, за това продавам - аз самият не съм силен в детайлите.

  Що се отнася до потенциалната енергия, тя обикновено се счита за по-малка от нула. Тези. свободните частици са нула, свързаните вече са по-малко от 0. Така отрицателната потенциална енергия работи като отрицателна маса (дефект на масата) - масата на системата е по-малка от масата на отделните компоненти. Например, по време на колапса на свръхнова, потенциалната енергия отива в голям минус и разликата в масите на това, което е било и това, което е станало, може да се излъчва навън под формата на фотони (по-скоро не фотони, а всъщност неутрино ).

  Отговарям

  • Статията разглежда проявите на потенциална енергия в системата. Ако в системата има потенциален градиент на тази енергия, тогава възниква сила. Съвсем правилно забелязахте, че при някои условия няма градиент, поради пълна симетрия (атомът е вътре в сферата). Продължих аналогията по отношение на Вселената, където като цяло няма потенциален гравитационен енергиен градиент. Има само локални прояви.

    Има твърдение, че масата на материята се състои главно от кинетичната енергия на кварки и глуони плюс малка частица, дължаща се на полето на Хигс. Ако приемем, че в тази маса е смесена и отрицателна потенциална енергия, тогава това твърдение не е вярно.

    Масата на протона е 938 MeV. Общата маса на кварките, както я определят физиците, е приблизително 9,4 MeV. Тук няма масов дефект. Искам да разбера, като цяло потенциалната енергия по някакъв начин се взема предвид от общата теория на относителността, като генератор на маса или не. Или има просто енергия - която е сумата от кинетична енергия и потенциал.

    „Например, по време на колапса на свръхнова, потенциалната енергия отива в голям минус и разликата в масите на това, което е било и станало, може да се излъчва навън под формата на фотони (по-скоро не фотони, а всъщност неутрино) ”

    И какво - дупка от факта, че веществото, което е попаднало в него и е в дълбок потенциален кладенец, не става по-леко, може би от количеството на масата на енергията - веществото, което е върнало обратно.

    Отговарям

    • "освен по размера на масата на енергията - веществото, което тя се върна обратно"

      Това "освен ако" може да бъде произволно голямо. Така че, след като изхвърли килограм в черна дупка, тя ще бъде с по-малко от 1 кг по-масивна. На практика до 30% от падащата маса се излъчва от акреционен диск под формата на рентгенови лъчи, но броят на падащите протони не намалява. Излъчва се не вещество, а рентгенови лъчи. Рентгеновите лъчи обикновено не се наричат ​​с термина вещество.

      Прочетете новините за сблъсъка на две черни дупки, така че и там резултатът е значително по-лош от оригиналните дупки като цяло.

      И накрая въпросът е КЪДЕ си с килограмите си. В каква референтна рамка и в кой момент? Методът на измерване е всичко. В зависимост от това имате предвид различна маса, но това IMHO е по-скоро терминологичен въпрос. Ако един атом е вътре в неутронна звезда, тогава не можете да измерите масата му, освен като го сравните със съседно тестово тяло, което е наблизо. В тази връзка масата на атома не намалява при падане в кладенец, но масата на цялата система не е равна на сумата от масите на компонентите. Вярвам, че това е най-точната терминология. В този случай масата на системата винаги се измерва спрямо наблюдател извън тази система.

      Отговарям

      • Терминът "стойността на масата на енергията - материята" тук означава "стойността на масата на енергията и масата на материята". Рентгеновите лъчи имат маса на покой, когато са хванати в кутия с огледала или в черна дупка. Гравитационните вълни също носят енергия и трябва да бъдат взети предвид в масовия генератор в общата теория на относителността. Извинявам се за неточната формулировка.

        Въпреки че, както знам, практически неподвижното гравитационно поле в общата теория на относителността не се взема предвид като част от масата. Следователно потенциалната енергия на полето също не трябва да се взема предвид. Освен това потенциалната енергия винаги е относителна. Или греша? В тази връзка твърдението, че масата на Вселената е 0 поради отрицателната енергия (и маса) на гравитационното поле, е глупост.

        В примера с черната дупка, ако приемем, че в процеса на падане в дупката, например килограм картофи, нищо не е отлетяло обратно, мисля, че черната дупка увеличава масата си с този килограм. Ако потенциалната енергия на картофа не се вземе предвид в състава на масата, тогава аритметиката е следната. При падане в дупка картофът придобива голяма кинетична енергия. Поради което, ако погледнете извън дупката, тя увеличава масата си. Но в същото време, когато се гледа отвън, всички процеси в картофа се забавят. Ако направим корекция за забавяне на времето, тогава масата на картофа, когато го гледаме от външна референтна система, няма да се промени. Черна дупка ще увеличи масата си точно с 1 килограм.

        Отговарям

„Например, Вселената се състои от равномерно разположени в пространството зърна прах, които гравитационно взаимодействат един с друг.“

Вашият модел вече е противоречив и извън досег с реалността. Можете да измислите куп такива примери и всеки път да правите каквито и да е заключения.
И факторът на реда във вашата система ще бъде ентропията. И потенциалната енергия няма да ви даде никакви интересни резултати, тъй като е относителна към избраната референтна точка и Наблюдателя.

В реалния свят подобен модел е кристал. В него атомите са равномерно разпределени в пространството и взаимодействат един с друг.
Поправете ме, ако греша.

Отговарям

• „Вашият модел вече е непоследователен и не е във връзка с реалността.“

  Що се отнася до несъответствието, това трябва да се докаже. По отношение на реалността – може би. Това е хипотетичен модел. Леко е опростен за по-добро разбиране.

  "И ентропията ще бъде факторът на реда във вашата система..."

  Съгласен.

  Отговарям

  • Ако харесвате теориите за физиката на вълните и обичате да ги моделирате, опитайте се да обясните този ефект в нашата невероятна вселена.
    Проявява се във всички мащаби.
    https://cs8.pikabu.ru/post_img/2017/01/30/0/1485724248159285 31.webm

    Публикувах това и за AI по-горе. Ще бъде интересно да видим и неговата обосновка.

    Отговарям

    Извинете за директния, но това е банална механика на първата година на университета. Самото явление обаче трябва да е ясно дори за силен ученик. Разберете, не мога да губя време за произволни искания. По принцип е по-добре да се придържате към темата на новините в коментарите към новините.

    Отговарям

    • • Сериозно ли вярвате, че физиката се свежда до изброяване на всички възможни проблеми и списък с решения за тях? И че физик, виждайки проблем, отваря този магически списък, търси в него проблем номер един милион и чете отговора? Не, да разбереш физиката означава да видиш едно явление, да го разбереш, да напишеш формули, които го описват.

        Когато казвам, че това е банална физика първа година, това означава, че студент от катедрата по физика след нормален курс по механика може да го реши сам. Нормалният ученик не търси решение, той сам решава проблема.

        Съжалявам за отпора, но това обичайно отношение е много депресиращо. Това е в основата на неразбирането на повечето хора какво и как прави науката като цяло.

        Отговарям

        • Абсолютно съм съгласен с теб. Няма по-голямо удоволствие от това да решиш проблема сам. Това е като наркотик
          Просто зададох приятелски въпрос.
          Имам средно ниво като цяло в решаването на задачи по физика. На Всесъюзните олимпиади по физика бях в средата. Но в програмирането и моделирането се оказа, че се изкачва по-високо. но тук действа друг начин на мислене.

          Отговарям

          • • Не мога да формулирам ясно същността на това явление с прости думи. (някакъв ступор в главата). Това е същността. Да го прехвърля на друг модел и също да обяснява на учениците.

              
              Този експеримент може да се разглежда като сигнален пасаж. И по извита траектория минава по-бързо.
              Откъде идва тази печалба във времето?
              Очевидно е, че формата на траекторията също влияе на това забавяне. Ако направите много дълбоки дупки, тогава топката просто няма да преодолее дупката, губейки енергия от въздушното съпротивление при високи скорости.

              Ако поставим задачата да определим оптималната форма на траекторията, тогава задачата сякаш престава да бъде училищна. Вече навлизаме в много различни функции и форми на траекторията.

              Можете ли да отнесете този проблем към елементите? Струва ми се, че много биха били полезни, ако се съди по реакцията на хората. И тази задача отразява добре реалността.

              Отговарям

              • Честно казано, не разбирам как, когато участвате във Всесъюзните олимпиади, не виждате това явление. Особено съчетано с факта, че според вас не можете ясно да артикулирате същността на това явление.

                Разбирате ли, че времето, необходимо за завършване на една траектория, зависи не само от нейната дължина, но и от нейната скорост? Разбирате ли, че в долната част скоростта е по-голяма, отколкото в горната част? Можете ли да комбинирате тези два факта в общо разбиране, че по-дългата траектория не означава непременно повече време? Всичко зависи от увеличаването на скоростта с увеличаване на дължината.

                Достатъчно е да разберете това явление, за да спрете да се учудвате на ефекта. А конкретно изчисление за произволна траектория вече ще изисква точно записване на интеграла (и това е мястото, където е необходим 1 курс на университета). Там, разбира се, ще бъде различно за различните траектории, но може да се покаже, че за достатъчно _равна_ траектория от всякаква форма, минаваща строго под правата линия, времето за пътуване винаги ще бъде по-малко.

                > Сега се забавлявам с теорията за времето.

                Това е много опасна формулировка. Толкова опасно, че проактивно ви моля да не пишете нищо по подобни теми в коментарите на елементите. Благодаря за разбирането.

                Отговарям

                • Виждам това явление, разбирам го и мога да взема интеграла върху всяка форма на траекторията и лесно да напиша програма за изчисление.
                  Но когато отида с тийнейджъри в експериментариума и им обясня с прости думи как работи всичко, тогава се провалям именно на този феномен. Може би това е възрастта.)
                  А умението бързо и лесно да виждате крайния отговор изчезва, ако не тренирате постоянно. Вероятно като в спорта. На 40 е трудно да се въртиш на хоризонталната лента като в младостта си ... и да правиш салта)))

                  Никога не съм мислил, че дискусията за Time е табу))). Особено след като това е основата. Четейки Хокинг и виждайки как те популяризират тези идеи, бях сигурен, че те улавят умовете на световните изследователи.
                  Може би сте ме разбрали погрешно?

                  Но това е само разговор... и разбира се няма да нарушавам правилата и да пропагандирам ерес и необосновани лични теории)) Това поне не е прилично...

                  Но мозъкът се нуждае от храна и нещо ново)))

                  Отговарям

                  Колкото до олимпиадата. Моят опит показа, че наистина страхотните момчета не са тези, които решават нови проблеми, а тези, които ги измислят. Техните единици. Това е различно измерение и поглед към света. Случаен 5-минутен разговор с такъв човек на една от олимпиадите напълно промени живота ми и ме извади от дълбоките илюзии и всъщност спаси живота ми.
                  Той се пошегува, че именно "доктор на науките" получава званието му за лечение на пострадали колеги, които не са успели да се качат на една от пързалките.

                  Този човек твърди, че най-добрите победители в олимпиадите след това се разтварят в научната общност и не носят нови открития и резултати. Следователно, без постоянното широко развитие на знанията и реалните умения, пътят към новото няма да се вижда.
                  И като цяло олимпиадата е чист спорт с късмет, смелост, трикове, с много контузии и осакатяване на психиката на децата, включително и на мен. Но това е животът

                  Отговарям

Разрушителите на митове и легенди вече опровергаха вашето предположение.
https://www.youtube.com/watch?v=XsKhzk4gn3A

Ефектът е независим от материалите и триенето.
Също така, според вашата версия, ако заменим топките с плъзгащи се тежести, тогава ефектът ще изчезне.

Освен това по-бързите топки изпитват по-голямо въздушно съпротивление. Съпротивлението е пропорционално на квадрата на скоростта. Все пак това не им пречи да са първи.

Да вземем по-реалистични идеи. Такива неща пряко отразяват същността на работата на нашия свят.

Отговарям

• • По принцип триенето при търкаляне няма нищо общо с това ...))
    Ефектът работи при модели без триене и въздух.
    Можете да направите магнити и да изпомпвате въздух.

    Но да се изчисли формата на траекторията, която е най-бързата, е страхотен проблем.
    Професионалистите в класическата механика вероятно могат интуитивно да предскажат отговора.

    Отговарям

    • Осъмна ми, че експериментът във вашето видео прилича на махало на Фуко. Очевидно най-бързата траектория за топката ще бъде дъга на окръжност с най-малкия възможен радиус (до път на половин кръг = 1 гребен на полувълна надолу). За махало парадоксът на по-дългата траектория и в същото време по-висока скорост се решава поради по-малкия радиус на описаната дъга, т.е. дължината на рамото на махалото, от което зависи периодът на неговото трептене.
      В този случай всяко отклонение на движението на топката от строго кръгово е нежелателно, тъй като би трябвало да има отрицателен ефект върху средната й скорост. Праволинейното движение на топката във видеото е подобно на трептенията на махало с много дълго рамо, което, както всички разбират, има най-голям период на трептене. Следователно има най-ниската скорост на топката.
      Явно мина без интеграли ;)
      Интересен проблем!

      Отговарям

      • Необходимо е да се докаже математически и да се провери хипотезата. Но звучи интересно... една от последните версии беше, че това е обърната циклоида.

        Имам много такива на склад.

        Например:

        Най-баналният проблем за запазване на енергията за училището, но показва точно разбирането за потенциална енергия и кинетична енергия, за които говори Николаус. Задачата за него обаче разби мозъка на много, дори сериозни момчета във физиката.

        Взимаме машина с часовникова пружина. Слагаме го на пода и го пускаме. Благодарение на пружината се ускорява до скорост V. Записваме закона за запазване на енергията и изчисляваме енергията на пружината.
        0 + E(пружини) = mV^2/2

        А сега внимание! Преминаваме в равна инерционна система, която се движи към машината. Грубо казано, отиваме към машината със скорост V.
        Спрямо нас в началото скоростта на машината беше V, след ускорение ще е 2V.
        Изчисляваме енергията на пружината.
        E(пружини) + mV^2/2 = m(2v)^2/2
        E(пружини) = 3mV^2/2
        Енергията на пружината внезапно се е увеличила спрямо друга инерционна отправна система.
        и колкото по-бързо се движите към машината, толкова по-голяма е енергията на пружината.
        Как е възможно?

        Николаус е за теб. Законът за опазване е нарушен. Ура! случи се!)))

        Това също е фундаментално разбиране за процесите и преноса на енергия.
        Децата обичат да създават проблеми

        Отговарям

        Изразът ти след "Ние изчисляваме енергията на пружината" е неправилен.

        "И децата, които задават въпроси, са много рядкост."
        Децата, които задават въпроси, не са рядкост. Всички деца имат период „защо“.

        По принцип ще се въздържа от обсъждане с вас, за да не ви обидя неволно. Обичам да правя шеги, които могат да бъдат неразбрани.

        Отговарям

Отговарям

Не, не така. Вакуумно енергийно ниво, т.е. празното пространство определя динамиката на рецесията на галактиките. Независимо дали се разпръскват с ускорение или обратно, те се забавят. Това не ви позволява да местите везната твърде свободно. Вакуумният потенциал не може да бъде избран произволно, той е доста измерим.

Отговарям

Скъпи Игор! Разбира се, разбирам, че ви е писнало от коментаторите след публикуването на всяка новинарска статия. Трябва да ви благодарим, че давате информация за чуждестранни разработки, а не дълбаете, но ние сме това, което сме. Вашето право по принцип да изпращате до оригиналния източник, т.к. това е rewrite или Copy Paste с технически правилен превод, за което отново отделно ATP.
И сега, по темата, ако един атом, частица, някое тяло без кинетика се приближи до източника на електромагнитно излъчване, тогава общата му енергия се увеличава. И как се преразпределя вътре в тялото (което увеличава (намалява) повече кинетика или потенциал), това не се отразява на крайния резултат. Затова се изказах, че обяснението на авторите на статията не е правилно. Всъщност няма топлинна сила - тя е силата на гравитацията. Как се случва това? Отговорът е в статията: „Гравитация на Земята Фотонно-квантова гравитация”, публикувана в унгарското списание (стр. 79-94):
http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf

Отговарям

Игор, не знам дали това е лошо възпитание. Но, в светлината на многобройните коментари по тази тема, ми се струва, че има нужда да се напише добър научно-популярен текст, включително относно концепцията за потенциална енергия. Защото мисля, че хората са малко объркани. Може би ще опитате, ако имате време, и да напишете за лагранжианите по научно популярен начин? Струва ми се, че с вашия талант и опит ще има много необходима статия. Разбирам, че е най-трудно да се пише за такива фундаментални понятия. Но какво мислиш все пак?

Отговарям

Позволете ми да отговоря на въпроса ви.

Ето какво казва Уикипедия:
Публикуването на работата от Eagleworks доведе до това, че EmDrive понякога е описван като „тестван от НАСА“, въпреки че официалната позиция на агенцията е различна: „Това е малък проект, който все още не е довел до практически резултати“.

Но според текста е очевидно, че има интерес към това устройство и създателите успяха да привлекат вниманието. В противен случай никой нямаше да отпуска пари. Какво има там.
Предлагам ви да изчакате малко и да видите крайните резултати. Това ще ви спести време и усилия. Но не си струва да се надявате на чудеса и да мечтаете за това как добре установените знания и опит ще се сринат)))
По-добре е да построим нещо ново, отколкото да се опитваме да разбием това, което са правили нашите предци.
С прости думи, ако устройството им работи, тогава ще има човек, който спокойно ще опише всичко в рамките на съществуващите теории.

Отговарям

• • Разбирам добре чувствата ти. Сред моите приятели, програмисти, които са развили мислене, но нямат опит с теорията на физиката, има много такива настроения. Изровете клипче в YouTube, намерете някой дядо в гаража, който е построил вечен двигател и т.н. любимото им занимание.
    Винаги е забавно и добра причина да се съберем сред природата и да изпържим барбекю.
    А за мен това е възможност за пореден път да проверя собствените си знания и пропуски. (Всеки ги има. Някои са наистина срамежливи и ги прикриват.)

    Същността на въпроса ви се крие в основите на физиката. Ако достигнете ясно до основите на теорията на физиката, тогава ще разберете едно просто нещо.
    Веднага щом се докаже уникалният ефект на emDrive и е ясно, че това не е прикрит набор от вече известни ефекти, тогава всеки компетентен физик ще излезе с обяснение.
    Но доказателството за експеримента трябва да бъде строго и във всички процедури, отстранени от векове. Тук няма пречки. Просто трябва да следвате ясните процедури, възприети в научния свят.

    Светът на истинската физика е много пари. И се дават само за конкретен резултат. Никой не обича да губи време и да пада в празни черупки. Наказанието за грешки е много тежко. Пред очите ми хората просто умряха за няколко месеца, когато надеждите им рухнаха. И мълча колко просто полудява, обсебвайки идеите си в опит да „помогне на цялото човечество“.
    Това не е нормално.

    Цялата физика е изградена върху няколко най-прости идеи. Докато не го разберете напълно, по-добре е да не се борите с вятърни мелници.

    Един от постулатите на основите на теорията на физиката е следният: можем да разделим пространството и времето до безкрайност.
    И тогава математиката започва. Ще ви трябват и монета и молив.
    На същата хартия с тази идея можете да извлечете разпределението на Максуел. И прогнозирайте произволното разпределение на топките в стандартния експеримент и отидете на разходка нагоре по измерванията.
    Ако спокойно правите такова упражнение, тогава разбирате какво правите.
    С други думи, преди да правите салто на хоризонталната лента, трябва спокойно и без колебание да се издърпате по всякакъв начин.

    В теорията на физиката има точка, от която всичко е изградено. Трябва да сте в състояние да изградите всички основни формули и теории от тази точка.
    Щом тичаш по главните пътеки и пътеки няколко пъти, ще станеш честен и истински обитател на този свят.

    И точно тогава ще разберете, че езикът на физиката може да опише всякакви явления.

    Моят приятел лингвист вижда физиката като език за описание на реалния свят. Той дори не вярва в електрона))) И това е негово право...

    А познатите математици казват, че физиката е математика, към която са добавили капка време (dt)

    Започнете със самите основи. Тук всичко е ясно и красиво)))

    Отговарям

"На трето място, има и друга сила на привличане - гравитационна. Тя не зависи от температурата, а нараства с телесното тегло."

Не бих бил толкова сигурен, че гравитацията не зависи от температурата. С температурата динамиката на частиците расте, което означава, че масата (поне релативистична) расте, което означава, че гравитацията расте.
Най-общо казано, като се има предвид [всъщност] динамичната природа на гравитационните сили, самият този факт вече свързва гравитационната сила с температурата, като динамична характеристика на механичните системи. Но това е тема за отделна дискусия или по-скоро теория. ;)

Отговарям

Доколкото разбирам, в "звуковото" поле този ефект е още по-лесен за изпълнение, ако диполът се замени с мембрана (например сапунен мехур) с резонанс с честота по-висока от тази, на която е звуков генератор настроен. Все пак е някак по-лесно да вложиш киловат енергия в звук, отколкото в ЕМ излъчване))

Би било смешно: сапунените мехурчета са привлечени от високоговорителя ...

Отговарям

• Звукът и музиката като цяло са удобно нещо за изследване на вълните. Това е моето хоби.
  Ако някой се интересува, ето моите опити да приложа квантовата физика и резонанса на Шуман в творчеството.
  https://soundcloud.com/dmvkmusic

  Това е 3D музика, така че трябва да я слушате само в слушалки или на добри високоговорители.

  Имам тонколони и цяло студио и дори сапунени мехурчета.
  Ще проверя идеята ти
  Благодаря!

  Нека направим повече!)))

  Отговарям

„И тъй като атомът се стреми да намали максимално енергията си на взаимодействие, за него е енергийно изгодно да се приближи до топката – все пак намаляването на енергията е най-значително там!“
Някаква глупост, а не обяснение, какво иска атома там, нещо му е от полза. И произволно, по желание, се движи, където иска.
Колко жалко, че сега няма физици, които могат да обяснят.
Да не говорим, че въздействието на енергията върху обяснението понижава енергийното ниво на обекта. Вторият закон на термодинамиката сякаш се гърчи истерично. Съжалявам.

Отговарям

За съжаление не беше възможно да се получи изчерпателен отговор на въпроса за потенциалната енергия в хода на дискусията. Затова се опитах да го разбера сам (което отне време). Това излезе от това.

Много отговори бяха намерени в презентацията на лекцията на забележителния руски физик Дмитрий Дяконов „Кварките и откъде идва масата“. http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/. Дмитрий Дяконов имаше един от най-високите рейтинги на цитиране, мисля, че е сред големите физици.

Изненадващо е, че в сравнение с лекцията не излъгах в предположенията си, когато писах за природата на потенциалната енергия.

Ето какво каза Дмитрий Дяконов.

„Сега искам да те потопя в дълбока мисъл. Вижте слайд 5. Всеки знае, че птица седи на тел, в жицата има 500 киловолта и поне къна е за нея. Сега, ако птицата се протегне и хване едната тел с едната лапа, а другата с другата лапа, тук няма да е добре. Защо? Тъй като те казват, че самият електрически потенциал няма физическо значение, ние не го наблюдаваме, както обичаме да казваме. Има по-точно твърдение, че се наблюдава силата на електрическото поле. Напрежението - кой знае - е потенциален градиент.

Принципът - че не се наблюдава стойността на самия електрически потенциал, а само промяната му в пространството и времето - е открит още през 19 век. Този принцип се простира до всички фундаментални взаимодействия и се нарича „градиентна инвариантност“ или (друго име) „калибровична инвариантност“.

„Започнах списъка си с гравитационно взаимодействие. Оказва се, че и той е изграден на принципа на калибровката, само че има независимост не от „цвета“, не от потенциала, а от нещо друго. Ще се опитам да обясня защо.
Представете си, че някъде има голяма маса. Например Слънцето. Слънцето е голяма маса. Какво прави? Изглежда, че огъва плоското пространство и пространството става извито. Много визуално. Сега поставяме Земята наблизо, тя започва да се върти около Слънцето. Всъщност изображението е доста геометрично: пространството е протиснато и нашата планета Земя се върти в тази дупка. Погледнете слайда - всички координатни линии са изкривени там. И това беше най-важното постижение на Айнщайн, когато изложи общата теория на относителността. Той каза, че всички наблюдавани физически явления не трябва да зависят от това каква мрежа сме благоволили да приложим и какъв часовник използваме.
Защо го донесох тук, защото това също е един вид „габаритна инвариантност“.

Кривината е нещо, което се наблюдава, а в математически смисъл силата на електрическото поле също е вид кривина. Но ние не виждаме потенциала, птицата, която седи на един проводник, е жива."

Въз основа на това можем да заключим, че потенциалната енергия не трябва да се разглежда като източник на маса, т.к в противен случай масовите и физическите процеси ще зависят от системата за докладване, от която се прави наблюдението.

Тази идея се подсилва от отговора на Дмитрий Дяконов на въпроса за масата на електромагнитното поле.

„Дмитрий: Кажете ми, моля, силовите полета, например електрическите и гравитационните полета, имат маса?
Дмитрий Дяконов: Ако го направят, тогава много малко и общоприетото мнение е, че те са безмасови.
Дмитрий: Имах предвид малко по-различно. Да речем, ако имаме кондензатор, между чиито плочи има електрическо поле. Това поле има ли маса?
Дмитрий Дяконов: Не.
Дмитрий: Има ли енергия?
Дмитрий Дяконов: Да.
Дмитрий: А mc??
Дмитрий Дяконов: Е, пригответе ми затворена система, тоест, включваща кондензатор, батерия, водноелектрическа централа, източник на слънце и така нататък. Това е, когато измислите затворена система, тогава ще измерим нейната маса и ще кажа, че E, което е mc? от тази маса - това е енергията на покой на тази затворена система. Други твърдения не правя.
Дмитрий: Тоест енергията на полето всъщност е енергията на батерията, проводниците и плочите?
Дмитрий Дяконов: Разбира се. Трябва да вземете затворена система, можете да направите преценка за нея.

И така, откъде идва масата в нашия свят?

Дмитрий Дяконов: „Както виждате, цялата история на науката се състоеше във факта, че сме били ангажирани в голямо разнообразие от свързани позиции и винаги сумата от масите на компонентите е била по-голяма от цялото. И сега стигаме до последното свързано състояние – това са протони и неутрони, които са направени от три кварка, а тук, оказва се, е точно обратното! Масата на протона е 940 MeV - вижте слайд 9. И масата на съставните кварки, тоест две u и един d, добавяме 4 + 4 + 7 и получаваме само 15 MeV. Това означава, че сборът на съставните маси е не повече от цялото, както обикновено, а по-малко, и не просто по-малко, а 60 пъти по-малко! Тоест за първи път в историята на науката се срещаме с обвързано състояние, в което всичко е обратното в сравнение с обичайното.

Оказва се, че празното пространство, вакуумът, живее един много сложен и много богат живот, който е изобразен тук. В случая това не е карикатура, а истинска компютърна симулация на реалната квантова хромодинамика и има автор, моят колега Дерик Лайнвебер, който любезно ми предостави тази снимка за демонстрация. Освен това, което е забележително, наличието на материя почти не влияе върху вакуумните флуктуации на полето. Това е глуонно поле, което продължава да се колебае по този странен начин през цялото време.
А сега нека пуснем кварките, вижте слайд 13. Какво ще стане с тях? Случва се доста интересно нещо. И тук мисълта не е повърхностна, опитайте се да се задълбочите в нея. Представете си два кварка или кварк и антикварк, които се намират едновременно в близост до толкова голяма флуктуация. Флуктуацията предизвиква известна корелация между тях. А корелацията означава, че те си взаимодействат.
Тук мога просто да дам ежедневен образ. Източваш водата от ваната, там се образува фуния, където падат две клечки, те се стягат от тази фуния и двете се въртят по един и същи начин. Тоест, поведението на двата мача е корелирано. И можете да кажете, че фунията е предизвикала взаимодействието между мачовете. Тоест външното влияние предизвиква взаимодействие между обекти, които попадат под това влияние. Или, да речем, вървите по Мясницкая и започва да вали. И по някаква причина изведнъж всеки вдига някакъв предмет над главите си. Това е свързано поведение, оказва се, че хората взаимодействат, но те не взаимодействат директно и взаимодействието донесе външно влияние, в този случай дъжд.
Сигурно всеки е чувал за свръхпроводимостта и ако в залата има физици, те ще обяснят, че механизмът на свръхпроводимостта е кондензацията на т. нар. купърови двойки електрони в свръхпроводник. Тук се случва подобно явление, само че квантовият кондензат се образува не от електрони, а от двойки кварки и антикварки.

Какво се случва, ако кварк влезе в такава среда? Кварк лети, той може да избие един кварк, който вече се е организирал в такава двойка, този лети по-нататък, произволно попада в следващия и т.н., вижте слайд 14. Тоест, кваркът пътува по сложен начин през тази среда. И това му придава маса. Мога да го обясня на различни езици, но, за съжаление, няма да стане по-добре.

Математическият модел на това явление, който носи красивото име „спонтанно нарушаване на хиралната симетрия”, е предложен за първи път през далечната 1961 г. едновременно от нашите местни учени Вакс и Ларкин и забележителния японски учен Намбу, живял през целия си живот в Америка и през 2008 г. , в много напреднала възраст, получи Нобелова награда за това произведение.

Лекцията имаше слайд 14, показващ как пътуват кварките. Въз основа на този слайд следва, че масата се образува благодарение на енергията на кварките, а не на глуонното поле. И тази маса е динамична - възникваща в резултат на енергийни потоци (движение на кварки), при условията на "спонтанно нарушаване на хиралната симетрия".

Всичко, което съм написал тук, са много кратки откъси от лекцията на Дмитрий Дяконов. По-добре е да прочетете тази лекция http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/ изцяло. Има красиви слайдове, обясняващи значението.

Ще обясня защо по време на дискусията в тази тема зададох въпроси за потенциалната енергия. В отговорите исках да прочета приблизително същото, което пише в презентацията на лекцията на Дмитрий Дяконов, за да разчитам допълнително на тези твърдения и да продължа дискусията. За съжаление обаче дискусията не се състоя.

Това е необходимо за укрепване на позицията на хипотезата за еволюцията на материята. Според хипотезата масата в нашата Вселена възниква в резултат на структурирането на материята. Структуризацията е формирането на ред на фона на хаоса. Всичко, което е написано в презентацията на лекцията на Дмитрий Дяконов, според мен подкрепя тази хипотеза.

Структурирането на материята може да премине на няколко етапа. Преходите между етапите са придружени от революционни промени в свойствата на материята. Тези промени във физиката се наричат ​​фазови преходи. Понастоящем е общоприето, че има няколко фазови прехода (Дмитрий Дяконов също пише за това). Последният от фазовите преходи можеше да има наблюдаваните явления, които космолозите представят като доказателство за стандартната космологична теория. Следователно наблюденията не противоречат на тази хипотеза.

Тук има още един интересен аспект. За да се правят изчисления, свързани с ефекта, изобщо не е необходимо да се измерва потенциалът. За да се изчисли силата, която действа върху косата и тяхната допълнителна енергия, е необходимо да се измери електрическият заряд (брой електрони), който е влязъл в тялото на момчето, както и да се знаят геометричните характеристики на тялото на момчето, включително характеристиките на косата му, размера и местоположението на околните електропроводими тела.

Отговарям

• Ако момчето е вътре в клетката на Фарадей, тогава доколкото разбирам, дори и с имейл. контакт с нея, той никога няма да получи имейл на повърхността си. зареждане.
  Когато една клетка е свързана към заредена топка, целият заряд ще бъде разпределен по повърхността на клетката. В него няма да има имейл. статистика. полета, без такса. Потенциалът на повърхността на момчето също ще бъде нулев и косата му ще остане на мястото си. Мисля, че дори да вземе заземения проводник в ръцете си, няма да получи нищо от него. Без зареждане, без потенциална разлика, без ток.

  Тези. накратко, като поставите момчето в клетка, по този начин нулирате имейла му. потенциал. Потенциалът ще бъде невидим, т.к. просто го няма. :-)

  Може да се наблюдава и ефектът на потенциалната разлика. За да направите това, достатъчно е да поставите друга топка до момчето, свързана към друг източник или просто заземена. Веднага щом момчето докосне и двете топки наведнъж, той сам ще усети каква е потенциалната разлика (деца, не правете това!).

  електронна поща потенциалът се наблюдава не само през косата. Има още един красив ефект - огньовете на Свети Елмо или просто - коронен разряд: http://molniezashitadoma.ru/ogon%20elma.jpg

  Отговарям

> красив ефект с косата на момчето не е свързан с потенциала на електрическото поле, а с потенциалната разлика между тялото на момчето и околната среда (с други думи, със силата на електрическото поле)

Напрежение по имейл. Изкуство. полето изобщо не е потенциална разлика. ;-)
Това е основната характеристика на e. Изкуство. поле, което характеризира всяка от неговите точки: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electric_field_strength
_______________

Колкото до Дмитрий Дяконов, изказванията му ми се струват меко казано странни... Може би той беше твърде увлечен от своите „кварки“ и забележимо се откъсна от реалния свят. :-)

И на колко години беше Бор, когато спаси физиката от падането на електрон върху ядро ​​чрез твърдението си, че падането протича на скокове и граници? Защото орбитите могат да се разделят на чисти и нечисти!
Така се оказа и споделете!
На колко години е Максуел, когато изобретява електромагнитното поле?
И много хора разбират какво е поляризация!
Понякога ми се струва, че твърде рано сме били изковани с голямо уважение.
Ще бъда много благодарен на Игор Иванов, ако направи отклонение в епохата на великите откриватели.
Понякога все още ми се струва, че физиката се страхува от ясни формулировки.
Или избягване?
....................
Не критика, а баланс.
Еге?

Отговарям

Вярвам, че законът на Авогадро важи за всички атоми (всички химични елементи) без изключение.
И НЕ ЗНАМ какво е теглото на един атом.
В описания експеримент не се прави паралел с условията на "тестовете по Авогадро". Но имаше ли различни атоми?
Има вероятност да се опитваме да разберем нещо съвсем различно от това, което експериментаторите искаха да разберат.
........................
И на колко години са между другото?

Отговарям

Задачата за движението на планетата Земя спрямо Слънцето е задачата на три магнита. Два магнита с еднакъв полярност, насочени един към друг - това е Земята в нейната равнина спрямо оста на Слънцето. Слънцето е третият магнит, който върти Земята и други планети около осите им пропорционално на техните маси. Елиптичната орбита на Земята показва, че има някаква друга сила, действаща от "зимната" хорда на елипсата. Студените малки тела на пространството също не се движат свободно в пространството, те имат придобито ускорение. Това изследване може само да потвърди, че планетарната гравитационна сила се дължи на достатъчно нагрети планетарни бази. Тоест всяка планета в Слънчевата система е гореща отвътре.
Защо Земята и другите планети не са привлечени от Слънцето? Системата е динамична, а не статична, осите на планетите са успоредни, така че получавате много върхове. И планетите не могат да имат смяна на полюсите, тъй като това е равносилно на напускане на орбитата.

• • Мислите ли, че е възможно едно тяло с магнитно поле и спътник да се движи по инерция безкрайно дълго време? В този случай Земята трябва да има две луни, разположени симетрично. Поведението на жироскопа обяснява момента на инерция и равновесното разпределение на масата около оста на въртене. Ако дискът на върха е небалансиран спрямо оста, тогава той започва да описва спиралата с оста. Това важи и за Земята, тя има един спътник, който би трябвало да я изведе от орбита и да я пренесе в космоса, ако движението й спрямо Слънцето се обясняваше само с механичния момент на инерция. Тук магнетизмът от страната на Слънцето е толкова силен, че е в състояние да компенсира влиянието на Луната върху Земята.
    Нищо друго освен магнетизмът не може да обясни подреденото движение на планетите и техните спътници на Слънчевата система. Ние под формата на Слънцето имаме, така да се каже, статор, като ротор, но в същото време ние сме статор за Луната.

    Отговарям

    • Магнитните и електрическите полета са екранирани, Амброуз. По-точно - шунтирани. Но сега няма значение.):
      Как си представяте пружинна везна с килограм тежест, след като я покриете с магнитен екран? Стрелката ще върви от дясно на ляво?
      Стори ми се, че жироскопът е чудесен предмет за развитие на мисленето. Дори китайците мислят така.
      Просто помисли за това. Жироскопът може да се движи свободно по всяка от трите декартови оси! Ако не забележите наклона на собствената ос на жироскопа в обвързването му към някаква въображаема основа.
      Например, можете да отдалечите окото на ума си от въртящия се върх, докато той стане толкова малък за наблюдателя, че няма да възникнат мисли за начертаване на оста на въртене през тази „точка“.
      Между другото, Амброуз, мислил ли си някога за осите на въртене на безкрайно малки точки?
      ............
      И така, това изключително свойство на жироскопа подтикна учените да търсят специфичното естество на НЕГОВата инерция само за жироскопа!
      Може би това беше първата стъпка на „науката“ обратно към бъдещето на метафизиката. Първата стъпка, която не предизвика имунно отхвърляне от обществото. (Мъжете никога не са виждали такава тъга)
      ....................
      Минаха няколко години.
      Един гений предположи, че природата на инерцията на материалното тяло не е вътре в тялото, а в пространството около това тяло.
      Това заключение беше колкото просто, толкова и зашеметяващо.
      Освен това, като модел за изследване на природата на инерцията, жироскопът се оказа най-удобният инструмент. Наистина, в лабораторни условия е лесно достъпен за наблюдение! За разлика например от потока от черупки. Дори ако този поток е ограничен от стоманена тръба.
      Можете ли да си представите каква гигантска стъпка е предприела науката?
      .................
      Е да.
      И не представлявам.
      Помислете за Амброуз.
      Мисля.

      Отговарям

      • „Един гений предположи, че природата на инерцията на материалното тяло не е вътре в тялото, а в пространството около това тяло.
        Интересното е, че не пишете за принципа на мах?

        Но аз говоря за моето. Това, което написах тук (публикация от 20.09.2017 08:05) се отнася до "пространствена симетрия". (Не търсете този термин в Интернет в смисъла, в който го използвам аз). Там в публикацията имаше реч за 4D случай на пространствена симетрия. (Четвъртата пространствена координата е насочена навън от точката.) Като цяло посоките на пространствената симетрия не са равни. И това може да се покаже с помощта на върха (жироскоп) за една координата. Да вземем числова права. Има посока на числовата ос в положителна посока. И има в негатива. Така че – тези посоки не са равни. Ако се движим в отрицателна посока, тогава по тази ос няма да срещнем реални числа, които са равни на корен квадратен от координатата на тази ос. Отрицателната ос е рядка. В пространството е невъзможно изрично да се разграничи къде е положителната посока и къде е отрицателната посока. Можете обаче да ги разделите с горнище. Върхът, когато се движи в посока по оста на върха, образува винт. Дясно и ляво. Посоката на десния винт ще се приема като положителна посока, а на левия като отрицателна. В този случай положителните и отрицателните посоки могат да бъдат разделени. И така, в природата има процеси, които усещат разликата между движението в положителни и отрицателни посоки - или, с други думи, усещат рядкост на отрицателната ос.

        Тук http://old.site/nauchno-populyarnaya_biblioteka/43375 0/Mnogo_vselennykh_iz_nichego в коментар към статията "Много вселени от нищо" на прекрасния писател-фантаст Павел Амнуел написах гледна точка за движението на майката в нашата вселена, използвайки "пространствена симетрия". Този коментар е продължение на публикацията от 20.09.2017 08:05. Там е само по темата на обсъжданата статия. Бих искал да знам вашето мнение.

        Отговарям

        • За съжаление, все още не намерих втория ви коментар към статията, базирана на Амнуел. Но само от 02.09.17г. Може би просто не съм толкова детерминист?):
          Имаше споменаване на Планк (като космически кораб ... човек и параход ...)
          Общо взето интересно. Когато разбрах, че той просто е изчислил константата на името си, като раздели известния резултат на формулата на Рейли, почти избухнах от гняв. Дори и в бурсата аз също отрязах нещо подобно. Оказва се, че не твърде много хора могат да видят връзката на формулите, без да си правят труда да ги моделират точно. ... Как иначе да го намажем върху хляб?
          ):
          Там имаше интересна история. Хората са измислили абстракцията на напълно черно тяло, което не съществува в природата.
          Така че вземете го и го намерете!
          И какво тогава?
          Нарекли ли са учените космоса небесната твърд?
          - Фигушки! Да?
          И просто добавиха материя към него, омесвайки го с енергия.
          Е, както и да е.

          Дори в тази статия се предполага възможността за „сблъсък на вселени“.
          По-лесно е.
          -----------
          Сега ще започна с второто "ако", а първото ще бъде споменато по-късно.
          Мога?
          Ако можем да различим две (няколко, колкото искате) вселени, то всяка от тях трябва да има характеристика, която феноменологически позволява такъв подбор.
          Някога учените се опитаха да изброят подобни признаци в така наречената „теория на множествата“.
          Ще действаме малко по-просто.- Очевидно феноменологично (от гледна точка на удобството на описването на „сблъсъка“) можем да опишем всяка една от вселените просто като „черупка преди сблъсъка“.
          АКО това е така, тогава нашият ум може да работи
          Сблъсък на черупки.
          И ако това не е така, тогава умът, допуснал сблъсъка на вселените, все още е зрял, но не е достатъчен.

          АКО две (няколко) черупки се сблъскат, тогава...
          и сега първото if ще отиде:
          АКО пространството на първоначалната и получената обвивки е ТРИ ИЗМЕРНО, тогава по-специално се образува равнина.
          Например равнината на еклиптиката.
          Което за нас беше чест да наблюдаваме.
          Всичко останало е от по-малко значение за мен.

          Вече се оказа дълго и все още не отговори на директен въпрос. Така че се извинявам предварително.

          Не, имах предвид основната позиция на GR.
          За първи път научих за Мах и неговия световен център от баща ми. Все още в училище. Между другото, съгласен съм с теб. - Идеята, формулирана от Айнщайн, "беше в атмосферата", създадена в много отношения именно от произведенията на Мах. Жалко, че това не е включено в училищната програма.

          Отговарям

    Отговарям

Отговарям

Напиши коментар