I så fall värms kroppen upp på grund av strålning. Termisk strålningsvåglängd. Lagen om absorption av strålningsenergi

Genom att passera strålningen från en kropp genom en anordning som bryter ner den till ett spektrum, kan man bedöma närvaron av vågor av en eller annan längd i strålningen, samt utvärdera fördelningen av energi över delar av spektrumet. Sådana spektra kallas emissionsspektra. Det visar sig att ångor och gaser (särskilt monoatomiska sådana), när de värms upp eller under en elektrisk urladdning, ger (vid låga tryck, när växelverkan mellan atomer är praktiskt taget omärklig) linjespektra, bestående av relativt smala "linjer", dvs. frekvensintervall, där strålningsintensiteten är betydande. Så, väte ger fem linjer i den synliga delen av spektrumet, natrium - en (gul) linje. När högupplöst spektralutrustning används, återfinns en komplex struktur i ett antal linjer. Med en ökning av trycket, när interaktionen av atomer med varandra påverkar, såväl som med en komplex struktur av molekyler, erhålls bredare linjer, som förvandlas till relativt breda band av en komplex struktur (randiga spektra). Sådana randiga spektra observeras i synnerhet i vätskor. Slutligen, vid upphettning, ger fasta ämnen praktiskt taget kontinuerliga spektra, men intensitetsfördelningen över spektrumet är olika för olika kroppar.

Strålningens spektrala sammansättning beror också på kropparnas temperatur. Ju högre temperatur, desto mer (ceteris paribus) dominerar de höga frekvenserna. Så när temperaturen på glödtråden i en glödlampa ökar, med förändringar i strömmen som flyter genom den, ändras glödtrådens färg: först lyser glödtråden svagt med rött ljus, sedan blir den synliga strålningen mer intensiv och kortare -våglängd - den gulgröna delen av spektrumet dominerar. Men, som kommer att framgå senare, motsvarar också i detta fall det mesta av den utstrålade energin det osynliga infraröda området.

Om strålning med ett kontinuerligt spektrum passerar genom ett materiallager uppstår partiell absorption, vilket resulterar i att linjer med en minimal intensitet erhålls på det kontinuerliga strålningsspektrumet. I den synliga delen av spektrumet uppträder de i kontrast som mörka band (eller linjer); sådana spektra kallas absorptionsspektra. Således är solspektrumet, skärt av ett system av tunna mörka linjer (Fraunhofer-linjer), ett absorptionsspektrum; den äger rum i solens atmosfär.

Studien av spektra visar att med en förändring i kroppstemperatur förändras inte bara utsläppet av ljus, utan också dess absorption. I det här fallet fann man att välstrålande kroppar också har en stor absorption (Prevost), och de absorberade frekvenserna sammanfaller med de emitterade (Kirchhoff). Här tar vi inte hänsyn till de fenomen som är förknippade med frekvensomvandling (luminescens, Compton-effekt, Raman-spridning), som vanligtvis spelar en obetydlig roll.

Av särskilt intresse för fysiker från XIX-talet. orsakade strålningen av uppvärmda kroppar. Faktum är att under en elektrisk urladdning, under vissa kemiska reaktioner (kemiluminescens), under vanlig luminescens, krävs en kontinuerlig energiförbrukning, på grund av vilken strålning uppstår, det vill säga processen är icke-jämvikt.

Strålningen från en uppvärmd kropp kan under vissa förhållanden vara i jämvikt, eftersom den utstrålade energin kan absorberas. På 1800-talet termodynamik utvecklades endast för jämviktsprocesser; därför kunde man hoppas på skapandet av endast en teori om strålningen från en uppvärmd kropp.

Så låt oss föreställa oss en kropp som har en hålighet inuti med spegelväggar (det vill säga helt reflekterande strålning av vilken frekvens som helst). Låt två godtyckliga kroppar placeras i denna hålighet, vilket ger ett kontinuerligt spektrum av strålning; deras temperatur kan initialt vara annorlunda. De kommer att utbyta strålningsenergi tills ett jämviktstillstånd har etablerats: energin som absorberas per tidsenhet av ett element på ytan av varje kropp kommer att vara lika med energin som emitteras av samma element. I det här fallet kommer hela kaviteten att fyllas med strålning av olika frekvenser. Enligt den ryske fysikern B. B. Golitsyn bör denna strålning tilldelas samma temperatur som kommer att fastställas för utstrålande kroppar efter att ha nått ett jämviktstillstånd.

För en kvantitativ beskrivning introducerar vi fördelningsfunktionen e(ν, T), kallad emissionsförmåga kropp. Arbete edv, var dv- ett oändligt litet frekvensintervall (nära frekvensen ν), ger energin som emitteras av en enhetsyta av kroppen per tidsenhet i frekvensintervallet (ν, ν+ dv).

Vidare ringer vi absorptionsförmåga kroppsfunktion a(ν,T), som bestämmer förhållandet mellan energin som absorberas av ett element på kroppens yta och den energi som infaller på den, som ingår i frekvensintervallet (v, ν + dv).

På samma sätt kan man definiera reflektivitetr(ν , T) som förhållandet mellan den reflekterade energin i frekvensområdet (ν, v+dν) och den infallande energin.

Idealiserade spegelväggar har en reflektivitet lika med enhet i hela frekvensområdet - från den minsta till godtyckligt stor.

Låt oss anta att ett jämviktstillstånd har kommit, medan den första kroppen per tidsenhet utstrålar kraft från varje enhet av ytan

Om strålning kommer till denna enda yta från kaviteten, Beskrivs av funktionen Ɛ(v, T) dv, sedan den del av energin som bestäms av produkten a 1 (v, T) Ɛ(v, T) dv, kommer att absorberas, kommer resten av strålningen att reflekteras. Samtidigt utstrålar en enhetsyta av den andra kroppen kraft e 2 (v, T) dv, men absorberas a 2 (v, T)Ɛ(v, T) dv.

Det följer att vid jämvikt är följande villkor uppfyllt:

Det kan representeras som

(11.1)

Denna post understryker att förhållandet mellan emissiviteten hos en kropp och dess absorptionsförmåga vid en given temperatur i ett visst smalt frekvensområde är ett konstant värde för alla kroppar. Denna konstant är lika med emissiviteten för den sk svart kropp(dvs kroppar med en absorbans lika med enhet i hela det tänkbara frekvensområdet).

Denna svarta kropp visar sig vara håligheten vi överväger. Därför, om ett mycket litet hål görs i väggen på en kropp med en hålighet som inte märkbart stör den termiska jämvikten, kommer ett svagt strålningsflöde från detta hål att vara karakteristiskt för svartkroppsstrålning. Samtidigt är det tydligt att strålning som kommer in i hålrummet genom en sådan öppning har en försumbar liten sannolikhet att fly tillbaka, dvs håligheten har fullständig absorption, som det borde vara för en svart kropp. Det kan visas att vårt resonemang förblir giltigt även när spegelväggarna ersätts av väggar med lägre reflektivitet; istället för två kroppar kan man ta flera eller en, eller helt enkelt överväga strålningen från själva kavitetens väggar (om de inte är spegelvända). Lagen uttryckt med formel (11.1) kallas Kirchhoffs lag. Det följer av Kirchhoffs lag att om funktionen Ɛ(v, T), karakterisera strålningen från en svart kropp, då skulle strålningen från vilken annan kropp som helst kunna bestämmas genom att mäta dess absorptionsförmåga.

Vi noterar att ett litet hål i väggen på till exempel en muffelugn vid rumstemperatur ser svart ut, eftersom kaviteten absorberar all strålning som kommer in i kaviteten nästan inte strålar ut eftersom den är kall. Men när ugnens väggar värms upp verkar hålet lysa starkt, eftersom flödet av "svart" strålning som kommer ut ur det vid en hög temperatur (900 K och högre) är ganska intensivt. När temperaturen stiger ökar intensiteten och röd strålning uppfattas först som gul, och sedan som vit.

Om det till exempel finns en kopp gjord av vitt porslin med ett mörkt mönster i hålrummet, så kommer mönstret inte att märkas inuti den heta ugnen, eftersom dess egen strålning, tillsammans med den reflekterade, sammanfaller i sammansättning med strålningen fyllning av hålrummet. Om du snabbt tar koppen utanför, in i ett ljust rum, så lyser först det mörka mönstret ljusare än den vita bakgrunden. Efter kylning, när koppens egen strålning blir försvinnande liten, ger det rumsfyllande ljuset återigen ett mörkt mönster på en vit bakgrund.

Uppvärmda kroppar utstrålar elektromagnetiska vågor. Denna strålning utförs genom att omvandla energin från den termiska rörelsen av kroppspartiklar till strålningsenergi.

Den elektromagnetiska strålningen från en kropp i ett tillstånd av termodynamisk jämvikt kallas termisk (temperatur) strålning. Ibland förstås termisk strålning inte bara som jämvikt, utan också som icke-jämviktsstrålning av kroppar på grund av deras uppvärmning.

Sådan jämviktsstrålning uppstår till exempel om den utstrålande kroppen befinner sig inuti en sluten hålighet med ogenomskinliga väggar vars temperatur är lika med kroppens temperatur.

I ett termiskt isolerat system av kroppar vid samma temperatur kan värmeväxling mellan kroppar genom att sända ut och absorbera värmestrålning inte leda till en kränkning av systemets termodynamiska jämvikt, eftersom detta skulle motsäga termodynamikens andra lag.

För termisk strålning av kroppar måste därför Prevosts regel uppfyllas: om två kroppar vid samma temperatur absorberar olika mängder energi, måste deras värmestrålning vid denna temperatur vara olika.

Strålningsförmågan eller spektraltätheten för en kropps energiluminositet är värdet på En, m, numeriskt lika med yteffekttätheten för den termiska strålningen från kroppen och frekvensintervallet för enhetsbredd:

Där dW är energierna för termisk strålning per ytenhet av kroppsytan per tidsenhet i frekvensområdet från v till v + dr.

Emissivitet En,m, är en spektral egenskap hos kroppens termiska strålning. Det beror på frekvensen v, kroppens absoluta temperatur T, samt på dess material, form och yttillstånd. I SI-systemet mäts En,t i j/m2.

Absorptionsförmågan eller monokromatisk absorptionskoefficient för en kropp kallas värdet An,t, och visar vilken del av energin dWfall som levereras per tidsenhet per ytenhet av kroppsytan av elektromagnetiska vågor som infaller på den med frekvenser från v till v + dv absorberas av kroppen:

An,t är en dimensionslös storhet. Det beror, förutom strålningsfrekvensen och kroppstemperaturen, på dess material, form och yttillstånd.

En kropp kallas absolut svart om den vid någon temperatur helt absorberar alla elektromagnetiska fält som faller på den: An,t svart = 1.

Verkliga kroppar är inte absolut svarta, men vissa av dem är nära en helt svart kropp i optiska egenskaper (sot, platinasvart, svart sammet i området med synligt ljus har An,m, som skiljer sig lite från enhet)

En kropp kallas grå om dess absorptionsförmåga är densamma för alla frekvenser n och endast beror på temperaturen, materialet och tillståndet på kroppens yta

Mellan de strålande En,t och absorberande An,t förmågorna hos vilken ogenomskinlig kropp som helst finns det ett samband (Kirhoffs lag i differentialform):

För en godtycklig frekvens och temperatur är förhållandet mellan en kropps emissivitet och dess absorptionsförmåga detsamma för alla kroppar och är lika med emissionsförmågan en,m för en helt svart kropp, vilket är en funktion av enbart frekvens och temperatur (den Kirchhoff-funktion En,m = An,ten,m = 0).

Integral emissivitet (energiluminositet) hos kroppen:

är yteffekttätheten för kroppens värmestrålning, dvs. strålningsenergi av alla möjliga frekvenser som sänds ut från en enhetsyta av en kropp per tidsenhet.

Integral emissivitet eТ för en svart kropp:

2. Lagar för svart kroppsstrålning

Lagarna för svartkroppsstrålning fastställer beroendet av eT och e n,T på frekvens och temperatur.

Law of Cmefan - Boltsmap:

Värdet på σ är den universella konstanten för Stefan-Boltzmann, lika med 5,67 -10-8 W/m2*deg4.

Fördelningen av energi i strålningsspektrumet för en svart kropp, d.v.s. beroendet av en, T, av frekvens vid olika temperaturer, har den form som visas i figuren:

Vinets lag:

där c är ljusets hastighet i vakuum, och f(v/T) är den universella funktionen av förhållandet mellan svartkroppens strålningsfrekvens och dess temperatur.

Strålningsfrekvensen nmax, motsvarande det maximala värdet av emissiviteten en, T för en helt svart kropp, är enligt Wiens lag lika med

Där b1 är ett konstant värde beroende på formen av funktionen f(n/T).

Bunas förskjutningslag: frekvensen som motsvarar det maximala värdet av emissiviteten en,T för en helt svart kropp är direkt proportionell mot dess absoluta temperatur.

Ur en energetisk synvinkel är svart strålning ekvivalent med strålningen från ett system av ett oändligt antal icke-samverkande harmoniska oscillatorer, kallade strålningsoscillatorer. Om ε(ν) är medelenergin för en strålningsoscillator med egenfrekvens ν, då

ν= och

Enligt den klassiska lagen om enhetlig fördelning av energi över frihetsgrader, ε(ν) = kT, där k är Boltzmann-konstanten, och

Detta förhållande kallas Rayleigh-Jeans formel. I området med höga frekvenser leder det till en skarp diskrepans med experimentet, som kallas den "ultravioletta katastrofen: sv, T ökar monotont med ökande frekvens, utan ett maximum, och den integrerade emissiviteten för en helt svart kropp blir oändlig .

Anledningen till ovanstående svårigheter som har uppstått med att hitta formen för Kirchhoff-funktionen en, T, är förknippad med en av huvudbestämmelserna i klassisk fysik, enligt vilken energin i vilket system som helst kan förändras kontinuerligt, dvs. godtyckligt nära värden.

Enligt Plancks kvantteori kan energin hos en strålningsoscillator med en naturlig frekvens v endast ta vissa diskreta (kvantiserade) värden som skiljer sig åt med ett heltal av elementära delar - energikvanta:

h \u003d b, 625-10-34 j * sek - Plancks konstant (verkanskvantum). I enlighet med detta bör strålning och absorption av energi av partiklar från en strålande kropp (atomer, molekyler eller joner) som utbyter energi med strålningsoscillatorer ske, inte kontinuerligt, utan diskret - i separata delar (kvanta).

Beskrivningsförsök:

Termen introducerades av Gustav Kirchhoff 1862.

Studiet av lagarna för svart kroppsstrålning var en av förutsättningarna för kvantmekanikens uppkomst. Ett försök att beskriva strålningen av en absolut svart kropp baserat på de klassiska principerna för termodynamik och elektrodynamik leder till Rayleigh-Jeans lag.
I praktiken skulle en sådan lag innebära omöjligheten av termodynamisk jämvikt mellan materia och strålning, eftersom all termisk energi enligt den skulle behöva omvandlas till strålningsenergi i spektrumets kortvåglängdsregion. Ett sådant hypotetiskt fenomen har kallats en ultraviolett katastrof.
Icke desto mindre är Rayleigh-Jeans-strålningslagen giltig för den långa våglängdsregionen av spektrumet och beskriver på ett adekvat sätt strålningens natur. Faktumet med en sådan överensstämmelse kan endast förklaras genom att använda det kvantmekaniska tillvägagångssättet, enligt vilket strålningen sker diskret. Baserat på kvantlagar kan du få Planck-formeln, som kommer att sammanfalla med Rayleigh-Jeans-formeln.
Detta faktum är en utmärkt illustration av hur korrespondensprincipen fungerar, enligt vilken den nya fysikaliska teorin måste förklara allt som den gamla kunde förklara.

Strålningsintensiteten för en svart kropp beroende på temperatur och frekvens bestäms av Plancks lag.

Den totala energin för termisk strålning bestäms av Stefan-Boltzmann-lagen. Således avger en svart kropp vid T = 100 K 5,67 watt per kvadratmeter av sin yta. Vid en temperatur på 1000 K ökar strålningseffekten till 56,7 kilowatt per kvadratmeter.

Våglängden vid vilken strålningsenergin från en svart kropp är maximal bestäms av Wynns förskjutningslag. Så om vi i den första approximationen antar att mänsklig hud i egenskaper är nära en absolut svart kropp, så ligger det maximala strålningsspektrumet vid en temperatur av 36 ° C (309 K) vid en våglängd av 9400 nm (i infraröda delen av spektrumet).

Elektromagnetisk strålning som är i termodynamisk jämvikt med en absolut svart kropp vid en given temperatur (till exempel strålning inuti en hålighet i en absolut svart kropp) kallas svartkroppsstrålning (eller termisk jämvikt). Termisk jämviktsstrålning är homogen, isotrop och opolariserad, det finns ingen energiöverföring i den, alla dess egenskaper beror endast på temperaturen hos en absolut svart kroppsstrålning (och eftersom strålning från svart kropp är i termisk jämvikt med en given kropp, är detta temperatur kan hänföras till strålning).

Mycket nära den svarta kroppen i sina egenskaper är den så kallade relikstrålningen, eller den kosmiska mikrovågsbakgrunden - strålning som fyller universum med en temperatur på cirka 3 K.

24) Elementär kvantteori om strålning. Huvudsaken här (kortfattat): 1) Strålning är en följd av ett kvantsystems övergång från ett tillstånd till ett annat - med mindre energi. 2) Strålning sker inte kontinuerligt, utan i delar av energi - kvanta. 3) Kvantenergin är lika med energiskillnaden mellan nivåerna. 4) Strålningsfrekvensen bestäms av den välkända formeln E=hf. 5) Ett strålningskvantum (foton) uppvisar egenskaperna hos både en partikel och en våg. Detalj: Kvantteorin om strålning användes av Einstein för att tolka den fotoelektriska effekten. Kvantteorin om strålning gör det möjligt att underbygga Einsteins teori. Kvantteorin om strålning (med hänsyn till vissa antaganden om renormalisering) beskriver ganska fullständigt interaktionen mellan strålning och materia. Trots detta är det frestande att hävda att de konceptuella grunderna för kvantteorin om strålning och föreställningen om fotonen bäst ses i termer av det klassiska fältet och vakuumrelaterade fluktuationer. Emellertid har framsteg inom kvantoptik fört fram nya argument för att kvantisera det elektromagnetiska fältet, och med dem en djupare förståelse av fotonernas natur. Kvantteorin om ljusemission använder sig av det faktum att interaktionsenergin mellan ett ämne (atom, molekyl, kristall) och ett elektromagnetiskt fält är mycket liten. Detta gör att man i noll-approximationen kan betrakta fältet och materien oberoende av varandra och tala om fotoner och stationära materiatillstånd. Redovisning av interaktionsenergin i den första approximationen avslöjar möjligheten för en substansövergång från ett stationärt tillstånd till ett annat. Dessa övergångar åtföljs av uppkomsten eller försvinnandet av en foton och representerar därför de elementära handlingar som utgör processerna för emission och absorption av ljus av materia. Enligt kvantteorin för strålning bör den elementära processen för fotoluminescens anses bestå av elektronisk excitation av molekyler av ett luminescerande ämne av absorberade fotoner och efterföljande emission av molekyler under deras övergång från ett exciterat tillstånd till ett normalt. Som experimentella studier har visat sker den elementära processen med fotoluminescens inte alltid inom gränserna för ett emitterande centrum. För att konstruera en kvantteori för strålning visade det sig vara nödvändigt att ta hänsyn till interaktionen mellan en elektron och ett andra kvantiserat fält av fotoner.
Början av utvecklingen av kvantteorin om strålning från en laddning som rör sig i det elektromagnetiska fältet av en plan våg lades av det välkända arbetet av Klein och Nishina, där spridningen av en foton av en elektron i vila övervägdes . Planck lade fram kvantteorin om strålning, enligt vilken energi emitteras och absorberas inte kontinuerligt, utan i vissa delar - kvanta som kallas fotoner. Kvantteorin om strålning leder alltså inte bara till de slutsatser som följer av vågteorin, utan kompletterar dem också med en ny förutsägelse, som har funnit lysande experimentell bekräftelse. Ett vågpaket med minimal osäkerhet vid olika tidpunkter i potentialfältet för en harmonisk oscillator (a. motsvarande elektriska fält (b. När kvantteorin om strålning utvecklades och med laserns tillkomst, anger fältet som närmast beskrev klassiska elektromagnetiska fält studerades i stor utsträckning Sedan tiden Frågan om hur väl Planck och Stefan-Boltzmanns ekvationer beskriver energitätheten inuti verkliga, ändliga kaviteter med halvreflekterande väggar har varit föremål för upprepade diskussioner, varav de flesta tog plats under de första två decennierna av detta århundrade, men frågan var inte helt stängd, och under senare år har intresset för detta och några andra relaterade problem återupplivats. Bland skälen till att intresset för detta äldsta ämne inom modern fysik återupplivades utvecklingen av kvantoptik, teorin om partiell koherens och dess tillämpning på studiet av statistisk x strålningsegenskaper; otillräcklig förståelse för processerna för värmeväxling genom strålning mellan tätt belägna kroppar vid låga temperaturer och problemet med standarder för fjärrinfraröd strålning, för vilka våglängden inte kan anses vara liten, samt ett antal teoretiska problem relaterade till den statistiska mekaniken för ändliga system. Han visade också att i gränsen för stora volymer eller höga temperaturer är jeansnumret giltigt för en kavitet av vilken form som helst. Senare, baserat på resultaten av Weyls arbete, erhölls asymptotiska approximationer, där D0 (v) helt enkelt var den första termen i serien, vars totala summa D (v) var den genomsnittliga moddensiteten. Vågen till Vroy - Gosya i en cirkulär bana, är det nödvändigt att sum-la, associerad med elektro-marma, längden på banan Znr vara en multipel i hypotesen om cirkeln. z z omloppsbana. Vågor som bryter ner elektronens våglängd. annars visas skakstörningarna - om vågen kommer att förstöras på grund av verkan, fett - störningar (9. Den väsentliga linjens skick. bildandet av en stabil bana med radie r dig. I analogi med kvantteorin om strålning föreslog de Broglie 1924 att elektronen och dessutom alla materialpartiklar i allmänhet samtidigt besitter både våg- och korpuskulära egenskaper. Enligt de Broglie motsvarar en rörlig partikel med massa m och hastighet v en våglängd K h / mv, där h är Plancks konstant. I enlighet med kvantteorin för strålning kan energin hos elementära sändare bara förändras i hopp som är multiplar av något värde som är konstant för en given strålningsfrekvens. Den minsta delen av energi kallas ett energikvantum. Den lysande överensstämmelsen mellan den fullständiga kvantteorin om strålning och materia och experiment, som uppnåddes genom exemplet med Lammskiftet, gav ett starkt argument för att kvantisera strålningsfältet. En detaljerad beräkning av lammskiftet skulle dock ta oss långt från kvantoptikens huvudström. Mössbauer övergångar, den mest bekväma i den experimentella. Dessa data bekräftar slutsatserna av kvantteorin för strålning för gammaområdet.
Efter att ha presenterat denna korta underbyggnad av kvantteorin om strålning, fortsätter vi till kvantiseringen av det fria elektromagnetiska fältet. Resten av en foton i kvantteorin för strålning anses vara noll. Detta är dock bara ett postulat av teorin, eftersom inget verkligt fysiskt experiment kan bekräfta detta. Låt oss kort uppehålla oss vid huvudbestämmelserna i kvantteorin om strålning. Om vi ​​vill förstå verkan av en stråldelare och dess kvantegenskaper på basis av kvantteorin för strålning, måste vi följa receptet ovan: först hitta egenmoden och kvantisera sedan, som beskrivits i föregående kapitel. Men vilka är gränsvillkoren i vårt fall som bestämmer dessa lägen. För det första är det nödvändigt att utöka kvantteorin för strålning för att överväga icke-kvant stokastiska effekter såsom termiska fluktuationer. Detta är en viktig komponent i teorin om partiell koherens. Dessutom klargör sådana fördelningar sambandet mellan klassiska teorier och kvantteorier. Boken är en manual för att studera kurserna Quantum Theory of Radiation och Quantum Electrodynamics. Principen för att bygga boken: presentationen av kursens grunder upptar en liten del av dess volym, det mesta av faktamaterialet ges i form av problem med lösningar, den nödvändiga matematiska apparaturen ges i bilagorna. All uppmärksamhet är inriktad på den icke-relativistiska naturen hos strålningsövergångar i atomsystem. Teoretiskt bestämma AnJBnm i formeln (11.32) elementär kvantteori av svartkroppsstrålning är inte i stånd. Einstein visade, redan före utvecklingen av kvantteorin om strålning, att en statistisk jämvikt mellan strålning och materia är möjlig endast när, tillsammans med stimulerad emission proportionell mot strålningens täthet, det finns spontan strålning som uppstår även i frånvaro av yttre strålning. Spontan emission beror på interaktionen av ett atomsystem med nollsvängningar av det elektromagnetiska fältet. Einstein visade, redan före utvecklingen av kvantteorin om strålning, att en statistisk jämvikt mellan strålning och materia är möjlig endast när, tillsammans med stimulerad emission proportionell mot strålningens täthet, det finns spontan strålning som uppstår även i frånvaro av yttre strålning. Spontan emission beror på interaktionen av ett atomsystem med nollsvängningar av det elektromagnetiska fältet. Stark och Einstein, baserade på kvantteorin om strålning, formulerade i början av 1900-talet fotokemins andra lag: varje molekyl som deltar i en fotokemisk reaktion absorberar ett strålningskvantum, vilket orsakar reaktionen. Det senare beror på den extremt låga sannolikheten för upprepad absorption av ett kvant av exciterade molekyler på grund av deras låga koncentration i ämnet. Uttrycket för absorptionskoefficienten erhålls på basis av kvantteorin för strålning. För mikrovågsområdet är det en komplex funktion beroende på kvadraten på övergångsfrekvensen, linjeformen, temperaturen, antalet molekyler vid den lägre energinivån och kvadraten på matriselementet för övergångens dipolmoment

25 Einsteins strålningsteori och ljusgenerering

Einstein börjar med att överväga en svårighet i teorin om svartkroppsstrålning. Om vi ​​föreställer oss att elektromagnetiska oscillatorer, som är kroppsmolekyler, följer lagarna i klassisk Maxwell-Boltzmann-statistik, kommer varje sådan oscillator i genomsnitt att ha en energi:

där R är Clapeyrons konstant, N är Avogadros tal. Genom att använda Plancks förhållande mellan medelenergin för en oscillator och den volymetriska energitätheten, som är i jämviktsstrålning med den:

där Eν är medelenergin för frekvensen v oscillator, L är ljusets hastighet, ρ är volymdensiteten för strålningsenergin, skriver Einstein ekvationen:

Från den finner han den volymetriska energitätheten:

"Denna relation", skriver Einstein, "hittad under dynamisk jämvikt, motsäger inte bara erfarenheten, utan säger också att det i vår bild inte kan vara fråga om någon entydig fördelning av energi mellan eter och materia." Faktum är att den totala strålningsenergin visar sig vara oändlig:

En liknande slutsats nåddes samma år, 1905, oberoende av Rayleigh och Jean. Klassisk statistik leder till en strålningslag som står i skarp kontrast till experiment. Denna svårighet har kallats den "ultravioletta katastrofen".

Einstein påpekar att Plancks formel:

går över för långa våglängder och höga strålningsdensiteter till formeln han hittade:

Einstein understryker att värdet på Avogadros tal sammanfaller med värdet som finns på annat sätt. Om vi ​​vänder oss vidare till Wiens lag, som är väl motiverad för stora värden på ν/T, får Einstein ett uttryck för strålningens entropi:

"Denna likhet visar att entropin för monokromatisk strålning med tillräckligt låg densitet beror på volymen på samma sätt som entropin för en idealgas eller en utspädd lösning."

Skriver om detta uttryck som:

och jämför den med Boltzmanns lag:

S-S0= (R/N) lnW,

Einstein hittar ett uttryck för sannolikheten att strålningsenergin i volymen V0 kommer att koncentreras till en del av volymen V:

Tre ljusgenereringsalternativ

I grund och botten finns det tre sätt att generera ljus: termisk strålning, gasutsläpp av högt och lågt tryck.

· Termisk strålning - strålning av en uppvärmd tråd upp till maxtemperaturen under passagen av en elektrisk ström. Provet är solen med en yttemperatur på 6000 K. Det grundämne som är bäst lämpat för detta är volfram, med den högsta smältpunkten bland metaller (3683 K).

Exempel: Glödlampor och halogenlampor drivs av termisk strålning.

· Gasljusurladdning uppträder i en sluten glasbehållare fylld med inerta gaser, metallångor och sällsynta jordartsmetaller när spänning läggs på. De resulterande glöden av gasformiga fyllmedel ger den önskade ljusfärgen.

Exempel: Kvicksilver-, metallhalogen- och natriumlampor fungerar på grund av urladdning av gasbågen.

Självlysande process. Under inverkan av en elektrisk urladdning börjar kvicksilverångor som pumpas in i ett glasrör att avge osynliga ultravioletta strålar, som faller på en fosfor avsatt på glasets inre yta omvandlas till synligt ljus.

Exempel: Lysrör, kompaktlysrör drivs av lysrörsprocessen.

26) SPEKTRALANALYS - en uppsättning metoder för att bestämma ämnens elementära och molekylära sammansättning och struktur genom deras spektra. Med hjälp av S.<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.

Grunden för S. a. är spektroskopi av atomer och molekyler; den klassificeras enligt syftet med analys och typer av spektra. I atomär S. och. (ASA) bestämma grundämnessammansättningen av prover genom atomära (joniska) emissions- och absorptionsspektra; i molekylär S. och. (ISA) - den molekylära sammansättningen av ett ämne enligt molekylspektra för absorption, emission, reflektion, luminescens och Raman-spridning av ljus. Emission S. a. utförs enligt emissionsspektra av exciterade atomer, joner och molekyler. Absorption S. a. utförs enligt absorptionsspektra för de analyserade objekten. I S. a. kombinerar ofta flera<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. Atomspektral analys Det finns två grundläggande atomvariant. a. - atomär emission (AESA) och atomabsorption (AAA). Atomemissionsspektralanalys är baserad på beroendet 1 =f(c) av intensiteten 1 av spektrallinjen för emission (emission) för det bestämda elementet x på dess koncentration i det analyserade objektet: där är sannolikheten för en kvantövergång från tillstånd q till tillstånd p, n q är koncentrationen av atomer i tillstånd q i strålningskällan (ämnet som studeras), är kvantövergångens frekvens. Om lokal termodynamisk jämvikt är uppfylld i strålningszonen är elektronkoncentrationen p e 14 -10 15 och deras hastighetsfördelning Maxwellsk,<то där n a är koncentrationen av oexciterade atomer av elementet som bestäms i strålningsområdet, g q är den statistiska vikten av q-tillståndet, Z är den statistiska summan över q-tillstånden, och nivå excitationsenergi q. Den önskade koncentrationen n a är således en f-tion av temperaturen, som praktiskt taget inte kan kontrolleras strikt. Mät därför vanligtvis intensiteten på analysen. linjer i förhållande till en viss ext.<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.

I AESA används de i huvudsak. spektrala instrument med fotoregistrering (spektrografer) och fotoelektriska. registrering (kvantometrar). Strålningen från provet som studeras riktas till enhetens ingångsslits med hjälp av ett linssystem, träffar en dispersiv anordning (prisma eller diffraktionsgitter) och fokuseras efter monokromatisering av ett linssystem i fokalplanet, där det fotografiska platt- eller utgångsslitssystem (kvantometer) är placerat, bakom vilket fotoceller eller fotomultiplikatorer är installerade. Vid fotografering bestäms intensiteterna på linjerna av svärtningsdensiteten S, mätt med en mikrofotometer: där p är den sk. Schwarzschild konstant, - kontrastfaktor; t - exponeringstid. I AESA måste ämnet som studeras vara i tillståndet av atomär gas.<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: där r är radien för partikeln, D är koefficienten. diffusion, - lösningens ytspänning, p - mättat ångtryck, M - mol. Mass densitet. Med hjälp av denna ekvation kan du hitta mängden ämne som avdunstat under tiden t.

Om i det här fallet molekylen består av element n 1 och n 2, så kan atomiseringsgraden beräknas från ekvationen: där M 1 och M 2 är vid. massor av element n 1 och n 2 ; Z 1 och Z 2 - statistisk.<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: (här är p tryck, c är ljusets hastighet, m är atom, M är molekylmassa, är eff. tvärsnittet av kollisioner som leder till breddning, K är en konstant).T. Således kan bredden på konturerna av absorptions- och emissionslinjerna vara olika beroende på tryck, temperatur och sammansättning av gasfasen i strålkällan och i den absorberande cellen, vilket kommer att påverka funktionens form och kan leda till till tvetydiga resultat av S. a. Till viss del kan detta elimineras med ganska komplicerade metoder. I Walsh-metoden används lampor med en ihålig katod (HPC), som avger spektrallinjer som är mycket smalare än absorptionslinjerna för atomer hos de grundämnen som bestäms i konventionella absorberande celler. Som ett resultat visar sig beroendet i ett ganska brett område av värden av A (0 -0,3) vara en enkel linjär funktion. Som atomizer i AAA använd dekomp. lågor baserade på blandningar av väte - syre, acetylen - luft, acetylen - dikväveoxid, etc. En aerosol av en provlösning som blåses in i en brinnande låga analyseras. Intensiteten och I 0 av ljuset som sänds genom lågan under aerosoltillförseln och utan den mäts successivt. I modern instrument, är mätningen automatiserad. I vissa fall inträffar inte processerna för avdunstning och efterföljande finfördelning av provet på grund av lågtemperaturen på lågorna (T ~ 3000 K) i gasfasen. Processerna för avdunstning av aerosolpartiklar och graden av finfördelning i lågan beror också starkt på lågans sammansättning (förhållandet mellan bränsle och oxidationsmedel), såväl som på sammansättningen av aerosollösningen. God analytisk reproducerbarhet En signal (i de bästa fallen är Sr 0,01-0,02) kan erhållas genom att använda CLP som källor, vars strålning är mycket stabil, och genom att utföra processerna för avdunstning och finfördelning i lågan.

27) Emissionslinjens naturliga bredd. Dopplerbreddning av emissionslinjen i gasformiga medier.SPEKTRALINJENS NATURLIG BREDD- bredden på spektrallinjen på grund av spontana kvantövergångar i ett isolerat kvantsystem (atom, molekyl, kärna, etc.). E. w. Med. l. kallad även strålning. bredd. I enlighet med osäkerhetsprincipen, upphetsade nivåer i energier i ett kvantsystem som har en begränsad livstid t i, är kvasi-diskreta och har en ändlig (liten) bredd (se Nivåbredd) Energin för en exciterad nivå är - den totala sannolikheten för alla möjliga spontana kvantövergångar från nivån jag (A ik- sannolikhet för övergång till nivån k; se Einstein-koefficienter.) Om energinivån j, till vilken kvantsystemet passerar, också exciteras, kommer E. sh. Med. l. är lika med (G i+G j). Sannolikhet dwij fotonemission i frekvensområdet d w vid i-j-övergången bestäms av f-loy: För resonanslinjer av atomer och joner, E. sh. Med. l. är lika med: var f ij- styrka hos övergångsoscillatorn I j, den är mycket liten jämfört med övergångsfrekvensen w I j: H w I j~ a 3 (z + 1) 2 (här är en \u003d 1/137 finstrukturkonstanten, z är mångfalden av jonladdningen). Förbjudna linjer har en särskilt liten bredd. Naturlig linjebredd klassisk. oscillator med laddning e, massa t och egna frekvensen w 0 är lika med: Г= 2еw 2 0 /3ms 3 . Strålning dämpning leder också till en mycket liten förskjutning av linjemaximum mot lägre frekvenser ~ Г 2 /4w 0 . Spontana kvantövergångar som bestämmer den ändliga bredden av energinivåer och E. sh. Med. l., inträffar inte alltid vid emission av fotoner. Dopplerbreddning av spektrallinjen. Denna breddning är associerad med dopplereffekten, dvs. med beroendet av den observerade strålningsfrekvensen på sändarens hastighet. Om en källa som skapar monokromatisk strålning med en frekvens i ett stationärt tillstånd rör sig med en hastighet mot observatören så att projektionen av hastigheten på observationsriktningen är, så registrerar observatören en högre strålningsfrekvens. där c är fashastigheten för vågutbredning; 0 - vinkeln mellan riktningen för sändarens hastighet och observation. I kvantsystem är strålningskällor atomer eller molekyler. I ett gasformigt medium vid termodynamisk jämvikt är partikelhastigheterna fördelade enligt Maxwell-Boltzmanns lag. Därför kommer formen på hela ämnets spektrallinje att vara associerad med denna fördelning. I det spektrum som registreras av observatören måste det finnas en kontinuerlig uppsättning partiklar, eftersom olika atomer rör sig med olika hastighet i förhållande till observatören. Med tanke på endast hastighetsprojektionerna i Maxwell-Boltzmann-fördelningen kan vi få följande uttryck för formen på Doppler-spektrallinjen: Detta beroende är en Gaussisk funktion. Linjebredden som motsvarar värdet. När partikelmassan M ökar och temperaturen T minskar, minskar linjebredden. På grund av Dopplereffekten sammanfaller inte hela ämnets spektrallinje med en enskild partikels spektrallinje. Den observerade spektrallinjen för ett ämne är en överlagring av spektrallinjerna för alla partiklar av ämnet, d.v.s. linjer med olika centrala frekvenser. För lätta partiklar vid normal temperatur kan bredden på dopplerlinjen i det optiska området överstiga den naturliga linjebredden med flera storleksordningar och nå värden på mer än 1 GHz. Processen där formen på hela ämnets spektrallinje inte sammanfaller med formen på spektrallinjen för varje partikel kallas inhomogen breddning av spektrallinjen. I det övervägda fallet var orsaken till den inhomogena breddningen dopplereffekten. Formen på Doppler-spektrallinjen beskrivs av en Gaussisk funktion. Om fördelningen av partikelhastigheter skiljer sig från den Maxwellska, kommer formen på Doppler-spektrallinjen också att skilja sig från den Gaussiska funktionen, men breddningen kommer att förbli inhomogen.

28 Lasrar: funktionsprinciper, huvudsakliga egenskaper och tillämpningar

Lasern är en källa för monokromatiskt koherent ljus med en starkt riktad ljusstråle.

Den huvudsakliga fysiska processen som bestämmer verkan av en laser är den stimulerade strålningsemissionen. Det uppstår när en foton interagerar med en exciterad atom när fotonenergin exakt sammanfaller med atomens (eller molekylens) excitationsenergi.

Som ett resultat av denna interaktion går atomen in i ett oexciterat tillstånd, och överskottsenergin emitteras i form av en ny foton med exakt samma energi, utbredningsriktning och polarisation som den primära fotonen. Följden av denna process är alltså närvaron av två absolut identiska fotoner. Med ytterligare interaktion av dessa fotoner med exciterade atomer som liknar den första atomen, kan en "kedjereaktion" av reproduktion av identiska fotoner "flygande" i exakt samma riktning inträffa, vilket kommer att leda till uppkomsten av en smalt riktad ljusstråle. För uppkomsten av en lavin av identiska fotoner behövs ett medium där det skulle finnas fler exciterade atomer än oexciterade, eftersom fotoner skulle absorberas när fotoner interagerar med oexciterade atomer. Ett sådant medium kallas ett medium med en omvänd population av energinivåer.

Lasrar har fått bred användning, och de används i synnerhet inom industrin för olika typer av materialbearbetning: metaller, betong, glas, tyger, läder etc.

Laserteknologiska processer kan villkorligt delas in i två typer. Den första av dem använder möjligheten till extremt finfokusering av laserstrålen och exakt dosering av energi, både i pulsat och kontinuerligt läge. I sådana tekniska processer används lasrar med relativt låg medeleffekt: dessa är gaslasrar med pulserande periodisk verkan. Med hjälp av den senare utvecklades en teknik för att borra tunna hål i rubin- och diamantstenar för klockindustrin och en teknik för tillverkning av stansar för att dra tunn tråd. Det huvudsakliga användningsområdet för pulserande lasrar med låg effekt är förknippat med skärning och svetsning av miniatyrdelar inom mikroelektronik och elektrovakuumindustrin, med märkning av miniatyrdelar, automatisk bränning av siffror, bokstäver och bilder för tryckindustrins behov.

Den andra typen av laserteknik är baserad på användningen av lasrar med hög medeleffekt: från 1 kW och uppåt. Kraftfulla lasrar används i så energikrävande tekniska processer som skärning och svetsning av tjocka stålplåtar, ythärdning, styrning och legering av stora delar, rengöring av byggnader från ytföroreningar, skärning av marmor, granit, skärning av tyger, läder och andra material. Vid lasersvetsning av metaller uppnås en hög kvalitet på sömmen och användningen av vakuumkammare krävs inte, som vid elektronstrålesvetsning, och detta är mycket viktigt vid tillverkning av transportörer.

Kraftfull laserteknik har hittat tillämpning inom maskinteknik, fordonsindustrin och byggmaterialindustrin. Det gör det inte bara möjligt att förbättra kvaliteten på materialbearbetning, utan också att förbättra de tekniska och ekonomiska indikatorerna för produktionsprocesser.

Gaslasrar är kanske den mest använda typen av laser idag, och kanske överträffar även rubinlasrar i detta avseende. Bland de olika typerna av gaslasrar kan man alltid hitta en som uppfyller nästan alla krav på en laser, med undantag för mycket hög effekt i det synliga området av spektrumet i ett pulserat läge. Höga krafter behövs för många experiment för att studera materials olinjära optiska egenskaper.

Gaslasrars egenheter beror mest på det faktum att de som regel är källor till atomära eller molekylära spektra. Därför är övergångarnas våglängder exakt kända, de bestäms av atomstrukturen och beror vanligtvis inte på miljöförhållanden.

HALVLEDARLASER - Det främsta exemplet på driften av halvledarlasrar är en magneto-optisk lagringsenhet (MO).

30 . Öppna optiska resonatorer. Longitudinella lägen. tvärgående lägen. Diffraktionsstabilitet

1958 Prokhorov A.M. (USSR) och oberoende R. Dicke, A. Shavlov, C. Towns (USA) underbyggde idén om möjligheten att använda öppna resonatorer i det optiska området istället för hålrum. Sådan resonatorer kallad öppen optisk eller helt enkelt optisk, L >> l

Om m = n = konst, då

Den resulterande uppsättningen av resonansfrekvenser tillhör den så kallade längsgående(eller axiell) mode. Axiella moder är oscillationer som utbreder sig strikt längs resonatorns optiska axel. De har högsta kvalitet. Longitudinella lägen skiljer sig endast från varandra i frekvens och fältfördelning längs Z-axeln (dvs skillnaden mellan intilliggande frekvenser är konstant och beror endast på kavitetsgeometrin)

Moder med olika index m och n kommer att skilja sig åt i fältfördelningen i planet vinkelrätt mot resonatoraxeln, d.v.s. i tvärriktningen. Därför kallas de tvärgående(eller icke-axiell) mods. För transversella moder som skiljer sig i index m och n kommer fältstrukturen att vara olika i riktningen för x- respektive y-axeln.

Frekvensskillnaden för transversella moder med index m och n som skiljer sig med 1 är lika med:

kan representeras som:

där NF är Fresnel-numret, .

Varje tvärläge motsvarar ett oändligt antal longitudinella moder, som skiljer sig i index g.

Moder som kännetecknas av samma index m och n, men olika g, kombineras under det allmänna namnet transversella moder. Svängningen som motsvarar ett visst g kallas longitudinell mod relaterad till den givna transversella moden.

I teorin om öppna resonatorer är det vanligt att beteckna individuella moder som TEMmnq, där m, n är modens tvärgående index och g är det longitudinella indexet. Beteckningen TEM motsvarar den engelska frasen Transvers Electromagnetic (Tvärgående elektromagnetiska oscillationer som har försumbara projektioner av vektorerna E och H på Z-axeln). Eftersom talet g är mycket stort, utelämnas ofta indexet g och kavitetsmoden betecknas TEMmn. Varje typ av tvärmod TEMmn har en specifik fältstruktur i resonatorns tvärsnitt och bildar en specifik ljuspunktsstruktur på resonatorspeglarna (fig. 1.8). I motsats till en kavitetsresonator kan öppna lägen observeras visuellt.

Diffraktionsförlusterna för verkliga moder visar sig vara betydligt mindre på grund av det faktum att det under flera genomgångar av strålning mellan speglarna finns ett "naturligt" urval av de moder där fältets amplitudmaximum är placerad i mitten av speglarna. Sålunda, i närvaro av diffraktionsförluster, kan sanna moder inte existera i en öppen resonator; stationära konfigurationer av det elektromagnetiska fältet såsom stående vågor, liknande de som finns i en kavitetsresonator. Det finns dock ett visst antal oscillationsmoder som har låga diffraktionsförluster (de kallas ibland kvasimoder eller öppna kavitetslägen). Fältet för dessa oscillationer (moder) är koncentrerat nära resonatoraxeln och sjunker praktiskt taget till noll i dess perifera områden.

31 Lägessammansättning av strålning från lasergeneratorer. Driftlägen för halvledarlasrar

Strålningens modsammansättning beror väsentligt på resonatorns utformning och dimensioner En halvledarlaser, samt på strålningseffektens storlek En halvledarlaser avger en smal spektrallinje, som smalnar av med ökande strålningseffekt om pulseringar och multimode-effekter visas inte. Linjeavsmalning begränsas av fasfluktuationer på grund av spontan emission. Utveckling av emissionsspektrumet med ökande effekt vid injektion. laser visas i fig. 7. I enkelfrekvensläget observeras en avsmalning av spektrallinjen till Hz; min. linjebreddsvärde i en halvledarlaser med enkelfrekvenslägesstabilisering med användning av en selektiv ext. resonatorn är 0,5 kHz. I en halvledarlaser är det möjligt att få modulatorer genom att modulera pumpen. strålning, t.ex. i form av sinusformade pulseringar med en frekvens som i vissa fall når 10-20 GHz, eller i form av ultravioletta pulser av subpikosekunders varaktighet.Information överfördes med hjälp av en halvledarlaser. med en hastighet av 2-8 Gbps.

halvledarlaser- en laser där ett ämne i fast tillstånd används som ett aktivt medium (till skillnad från gaser i gaslasrar och vätskor i färglasrar).

Arbetsscheman för aktiva substanser i fasta lasrar är uppdelade i tre- och fyranivåer. Enligt vilket av systemen detta aktiva element fungerar bedöms av energiskillnaden mellan huvud- och lägre arbetsnivåer. Ju större skillnaden är, desto högre temperaturer vid vilka effektiv generering är möjlig. Till exempel kännetecknas grundtillståndet för Cr3+-jonen av två undernivåer, vars avstånd är 0,38 cm-1. Med en sådan skillnad i energier, även vid flytande heliumtemperatur (~4K), är befolkningen i den övre undernivån endast ~13°/0 mindre än den lägre, d.v.s. de är upptagna på samma sätt och därför rubin. är en aktiv substans med ett trenivåschema vid vilken temperatur som helst. För neodymjonen är den lägre lasernivån för strålning vid =1,06 μm belägen 2000 cm-1 högre än den huvudsakliga. Även vid rumstemperatur är neodymjoner 1,4 -104 gånger mindre på den lägre nivån än på huvudnivån, och aktiva element som använder neodym som aktivator fungerar enligt ett fyranivåschema.

Solid-state lasrar kan arbeta i pulsade och kontinuerliga lägen. Det finns två pulsade driftlägen för halvledarlasrar: det frigående läget och det Q-switchade läget. I det frigående regimen är varaktigheten av strålningspulsen praktiskt taget lika med varaktigheten av pumppulsen. I den Q-switchade regimen är pulslängden mycket kortare än pumpens pulslängd.

32) Icke-linjär optik - en sektion av optik som studerar helheten av optiska fenomen som observeras under interaktionen av ljusfält med en substans som har ett olinjärt svar från polarisationsvektorn P på den elektriska fältstyrkevektorn E för ljusvågen. I de flesta ämnen observeras denna olinjäritet endast vid mycket höga ljusintensiteter, uppnådda med laser. Det är vanligt att betrakta både interaktionen och själva processen som linjär om dess sannolikhet är proportionell mot den första potensen av strålningsintensiteten. Om denna grad är större än en, så kallas både interaktionen och processen olinjär. Sålunda uppstod termerna linjär och olinjär optik. Utseende olinjär optikär förknippat med utvecklingen av lasrar som kan generera ljus med ett stort elektriskt fält, i proportion till den mikroskopiska fältstyrkan i atomer. De främsta orsakerna som orsakar skillnader i effekten av högintensiv strålning från lågintensiv strålning på materia: Vid hög strålningsintensitet spelas huvudrollen av multifotonprocesser, när flera fotoner absorberas i en elementär handling. Vid hög strålningsintensitet uppstår självverkande effekter, vilket leder till en förändring av ämnets initiala egenskaper under påverkan av strålning. En av de mest använda frekvensändringsprocesserna är andra övertonsgenerationen. Detta fenomen gör att utsignalen från en Nd:YAG-laser (1064 nm) eller en titandopad safirlaser (800 nm) kan omvandlas till synligt ljus vid 532 nm (grönt) respektive 400 nm (violett). I praktiken, för att implementera en fördubbling av ljusets frekvens, installeras en olinjär optisk kristall i laserstrålningens utgångsstråle, orienterad på ett strikt definierat sätt.

33) Ljusspridning - Spridning av elektromagnetiska vågor i det synliga området under deras interaktion med materia. I det här fallet sker en förändring i den rumsliga fördelningen, frekvensen, polariseringen av optisk strålning, även om spridning ofta bara förstås som en transformation av vinkelfördelningen av ljusflödet. Låt och vara frekvenserna av det inträffade och spridda ljuset. Then If - elastisk spridning If - oelastisk spridning - Stokes spridning - anti-Stokes spridning Spridd ljus ger information om materialets struktur och dynamik. Rayleigh sprider sig- koherent spridning av ljus utan att ändra våglängden (även kallad elastisk spridning) på partiklar, inhomogeniteter eller andra föremål, när frekvensen av det spridda ljuset är betydligt mindre än den naturliga frekvensen för det spridande objektet eller systemet. Ekvivalent formulering: ljusspridning av föremål som är mindre än dess våglängd. modell av interaktion med oscillatorn av Raman spridning av ljus i spektrumet av spridd strålning, spektrallinjer visas, som är frånvarande i spektrumet av primärt (spännande) ljus. Antalet och placeringen av linjerna som visas bestäms av ämnets molekylära struktur. Uttrycket för strålningsintensiteten är där P är det inducerade dipolmomentet, definierat som proportionalitetskoefficienten α i denna ekvation kallas molekylens polariserbarhet. Betrakta en ljusvåg som ett elektromagnetiskt fält av intensitet E med oscillationsfrekvens ν 0 : var E0- amplitud, en t- tid.

Strålningsflöde Ф  fysisk kvantitet lika med mängden energi som utstrålas av en uppvärmd kropp från hela ytan per tidsenhet:

Kroppens energiluminositet (strålning). R energi som utstrålas per tidsenhet per ytenhet av en uppvärmd kropp i hela våglängdsområdet (0< < ∞).:

Spektral densitet av energi ljusstyrka R  , Tär energin som emitteras i våglängdsområdet från  till +d per tidsenhet per ytenhet

Energi ljusstyrka R T, vilket är väsentlig strålningsegenskaper, är relaterad till spektral- energi ljusstyrka densitetsförhållande

Eftersom våglängden och frekvensen är relaterade till det kända sambandet  = c/ kan strålningens spektrala egenskaper också karakteriseras av frekvens.

Strålningsegenskaper hos kroppar

Ris. 3. Svart kroppsmodell

; en helt vit kropp

; - en helt svart kropp.

Absorptionskoefficienten beror på våglängden och kännetecknas av den spektrala absorbansen - en dimensionslös fysisk storhet som visar vilken del av energin som faller per tidsenhet per enhet kroppsyta i våglängdsområdet från  till  + d, det absorberar:

En kropp där absorbansen är densamma för alla våglängder och endast beror på temperaturen kallas grå:

2. Lagar för termisk strålning

2.1. Det finns ett samband mellan den spektrala tätheten av energiluminositet och absorptionsförmågan hos någon kropp, vilket uttrycks Kirchhoffs lag:

Förhållandet mellan den spektrala tätheten för energiluminositeten hos en kropp och dess absorptionskapacitet vid en given våglängd och temperatur är ett konstant värde för alla kroppar och lika med spektraldensiteten för energiluminositeten hos en helt svart kropp r  , T vid samma temperatur och våglängd.

Här r  , T  universal Kirchhoff-funktion, kl MEN  , T= 1, d.v.s. den universella Kirchhoff-funktionen är inget annat än Medspektraltätheten för energiluminositeten hos en helt svart kropp.

Konsekvenser av Kirchhoffs lag:

Därför att MEN  , T < 1, то: энергия излучения любо­го тела всегда меньше энергии излу­че­ния абсолютно черного тела;

Om kroppen inte absorberar energi inom ett visst våglängdsområde ( MEN  , T= 0), då sänder den inte ut det i detta intervall ().

Integrerad energiljusstyrka

För den grå kroppen

de där. absorptionskoefficienten karakteriserar förhållandet mellan emissiviteterna för de grå och svarta kropparna. I teknisk litteratur kallas det graden av svärta hos den grå kroppen.

2.2. Stefan-Boltzmann lag fastställd av D. Stefan (1879) från analysen av experimentella data, och sedan av L. Boltzmann (1884) - teoretiskt.

 \u003d 5.6710 -8 W / (m 2  K 4) - Stefan-Boltzmann konstant,

de där. energiluminositeten hos en svart kropp är proportionell mot dess absoluta temperatur till fjärde potensen.

Stefan-Boltzmann grå kroppslagstiftning

Wiens förskjutningslag etablerad av den tyske fysikern W. Wien (1893)

, b= 2,910 -3 m K- Konstant skuld. (tio)

Våglängden, som står för den maximala spektrala tätheten för energiluminositeten hos en absolut svart kropp, är omvänt proportionell mot denna kropps absoluta temperatur, dvs. med ökande temperatur skiftar den maximala energifrigöringen till det korta våglängdsområdet.

För att fortsätta nedladdningen måste du samla in bilden:

värmestrålning

Termisk strålning är elektromagnetisk strålning som uppstår på grund av energin från rotations- och vibrationsrörelsen hos atomer och molekyler i sammansättningen av ett ämne. Termisk strålning är karakteristisk för alla kroppar som har en temperatur som överstiger den absoluta nollpunkten.

Den termiska strålningen från människokroppen tillhör det infraröda området av elektromagnetiska vågor. För första gången upptäcktes sådan strålning av den engelske astronomen William Herschel. År 1865 bevisade den engelske fysikern J. Maxwell att IR-strålning har en elektromagnetisk natur och representerar vågor med en längd på 760 nm till 1-2 mm. Oftast är hela området för IR-strålning uppdelat i regioner: nära (750nm-2.500nm), mitten (2.500nm-50.000nm) och långt (50.000nm-2.000.000nm).

Låt oss överväga fallet när kroppen A är belägen i håligheten B, som är begränsad av ett idealiskt reflekterande (strålningsogenomträngligt) skal C (fig. 1). Som ett resultat av multipel reflektion från skalets inre yta kommer strålningen att stanna kvar i spegelhåligheten och delvis absorberas av kropp A. Under sådana förhållanden kommer systemkaviteten B - kropp A inte att förlora energi, utan endast en kontinuerlig utbyte av energi kommer att ske mellan kropp A och strålningen som fyller hålighet B.

Termisk jämviktsstrålning har följande egenskaper: homogen (samma energiflödestäthet i alla punkter i kaviteten), isotropisk (möjliga utbredningsriktningar är lika sannolika), opolariserad (riktningar och värden för vektorerna för elektriska och magnetiska fält på alla punkter i kaviteten ändras slumpmässigt).

De viktigaste kvantitativa egenskaperna hos termisk strålning är:

Energiluminositet är mängden elektromagnetisk strålningsenergi i hela våglängdsområdet för termisk strålning som sänds ut av en kropp i alla riktningar från en enhetsyta per tidsenhet: R = E / (S t), [J / (m2s) ] = [W /m2] Energiluminositet beror på kroppens natur, kroppens temperatur, tillståndet på kroppens yta och strålningens våglängd.

Den spektrala tätheten för energiluminositet är energiluminositeten för en kropp för givna våglängder (λ + dλ) vid en given temperatur (T + dT): Rλ, T = f(λ, T).

En kropps ljusstyrka inom vissa våglängder beräknas genom att integrera Rλ, T = f(λ, T) för T = const:

Absorptionskoefficienten är förhållandet mellan energin som absorberas av kroppen och den infallande energin. Så om strålningen från flödet dФfall faller på kroppen, reflekteras en del av den från kroppens yta - dФоtr, den andra delen passerar in i kroppen och omvandlas delvis till värmedФabs, och den tredje delen, efter flera inre reflektioner, passerar genom kroppen utåt dФpr: α = dФabs /dFfall.

Monokromatisk absorptionskoefficient - absorptionskoefficient för termisk strålning av en given våglängd vid en given temperatur: αλ, T = f(λ, T)

Bland kropparna finns sådana kroppar som kan absorbera all värmestrålning av vilken våglängd som helst som faller på dem. Sådana perfekt absorberande kroppar kallas absolut svarta kroppar. För dem är α =1.

Det finns också grå kroppar för vilka α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Blackbody-modellen är en liten öppning av kaviteten med ett värmetät skal. Håldiametern är inte mer än 0,1 av kavitetens diameter. Vid en konstant temperatur emitteras en del energi från hålet, motsvarande energiluminositeten hos en helt svart kropp. Men ABB är en idealisering. Men lagarna för termisk strålning från en svart kropp hjälper till att komma närmare verkliga mönster.

2. Lagar för termisk strålning

Konsekvenser från Kirchhoffs lag:

En systematisk studie av spektra av ett antal element gjorde det möjligt för Kirchhoff och Bunsen att etablera ett entydigt samband mellan absorptions- och emissionsspektra för gaser och de motsvarande atomernas individualitet. Således föreslogs spektralanalys, med hjälp av vilken det är möjligt att identifiera ämnen vars koncentration är 0,1 nm.

Fördelningen av den spektrala tätheten av energiluminositet för en svart kropp, en grå kropp, en godtycklig kropp. Den sista kurvan har flera maxima och minima, vilket indikerar selektiviteten för strålning och absorption av sådana kroppar.

2. Stefan-Boltzmann lag.

Den tyske fysikern Wilhelm Wien formulerade 1893 en lag som bestämmer positionen för den maximala spektrala tätheten för en kropps energiluminositet i strålningsspektrumet för en svart kropp beroende på temperaturen. Enligt lagen är våglängden λmax, som står för den maximala spektrala tätheten för energiluminositeten hos en svartkropp, omvänt proportionell mot dess absoluta temperatur T: λmax \u003d w / t, där w \u003d 2,9 * 10-3 m K är Wiens konstant.

Sålunda, med en ökning av temperaturen, förändras inte bara den totala strålningsenergin, utan också själva formen på fördelningskurvan för den spektrala tätheten av energiluminositet. Den maximala spektrala tätheten skiftar mot kortare våglängder med ökande temperatur. Därför kallas Wiens lag förflyttningslagen.

Wiens lag används inom optisk pyrometri - en metod för att bestämma temperatur från emissionsspektrumet för starkt upphettade kroppar som är långt från observatören. Det var med denna metod som solens temperatur bestämdes för första gången (för 470nm T = 6160K).

4. Plancks teori. En tysk forskare 1900 lade fram en hypotes om att kroppar inte avger kontinuerligt, utan i separata portioner - kvanta. Kvantenergin är proportionell mot strålningsfrekvensen: E = hν = h·c/λ, där h = 6,63*10-34 J·s är Plancks konstant.

Termisk strålning och dess egenskaper

värmestrålning- detta är den elektromagnetiska strålningen från kroppar, som uppstår på grund av en förändring i deras inre energi (energin från den termiska rörelsen av atomer och molekyler).

Den termiska strålningen från människokroppen tillhör det infraröda området av elektromagnetiska vågor.

infraröda strålar upptar området för elektromagnetiska vågor med en våglängd från 760 nm till 1-2 mm.

Källa för termisk strålning: varje kropp vars temperatur överstiger temperaturen på absoluta nollpunkten.

Flux (F)- mängden energi som emitteras (absorberas) från det valda området (ytan) i alla riktningar per tidsenhet.

2. Integral emissivitet (R)– strålningsflöde per ytenhet.

3. Spektral emissivitet() - integral emissivitet, relaterad till enheten för det spektrala intervallet

var är den integrerade emissiviteten;

är bredden på våglängdsintervallet ().

4. Integral absorptionskapacitet (absorptionskoefficient)är förhållandet mellan energin som absorberas av kroppen och den infallande energin.

är det strålningsflöde som absorberas av kroppen;

- flödet av strålning som faller på kroppen.

5. Spektralabsorbans - absorptionskoefficient relaterad till ett enda spektralintervall:

Helt svart kropp. grå kroppar

En svart kropp är en kropp som absorberar all infallande energi.

Absorptionskoefficienten för en helt svart kropp beror inte på våglängden.

Exempel på en helt svart kropp: sot, svart sammet.

Grå kroppar är kroppar där.

Exempel: Människokroppen anses vara en grå kropp.

Svarta och grå kroppar är en fysisk abstraktion.

Lagarna för termisk strålning

1. Kirchhoffs lag (1859): Förhållandet mellan kroppars spektrala emissivitet och deras spektrala absorptivitet beror inte på den utstrålande kroppens natur och är lika med spektralemissiviteten för en svart kropp vid en given temperatur:

var är den spektrala emissiviteten för en svart kropp.

Termisk strålning är jämvikt - hur mycket energi som avges av kroppen, så mycket av den absorberas av den.

Ris. 41. Kurvor för energifördelning i spektra av termisk strålning

olika kroppar (1 - absolut svart kropp, 2 - grå kropp,

3 - godtycklig kropp)

2. Stefan-Boltzmann lag (1879, 1884): den integrala emissiviteten för en helt svart kropp () är direkt proportionell mot fjärde potensen av dess termodynamiska temperatur (T).

var - Stefan–Boltzmann konstant

3. Wiens lag (1893): den våglängd vid vilken den maximala spektrala emissiviteten för en given kropp faller är omvänt proportionell mot temperaturen.

Var = - Ständig skuld.

Ris. 42. Spektra för termisk strålning från en svart kropp vid olika temperaturer

Termisk strålning av människokroppen

Människokroppen har en konstant temperatur på grund av termoreglering. Huvuddelen av termoreglering är kroppens värmeväxling med miljön.

Värmeöverföring sker genom följande processer:

a) värmeledningsförmåga (0%), b) konvektion (20%), c) strålning (50%), d) förångning (30%).

Omfattningen av termisk strålning av människokroppen

Människohudens yttemperatur: .

Våglängden motsvarar det infraröda området, därför uppfattas den inte av det mänskliga ögat.

Människokroppens emissionsförmåga

Människokroppen anses vara en grå kropp, eftersom den delvis utstrålar energi () och absorberar strålning från omgivningen ().

Energin () som en person förlorar på 1 sekund från 1 av sin kropp på grund av strålning är:

där omgivningstemperatur: , mänsklig kroppstemperatur: .

Kontaktmetoder för bestämning av temperatur

Termometrar: kvicksilver, alkohol.

Celsiusskala: t°C

Kelvinskala: T = 273 + t°C

Termografi är en metod för att bestämma temperaturen på en del av människokroppen på distans genom att bedöma intensiteten av termisk strålning.

Enheter: termograf eller värmekamera (registrerar temperaturfördelningen i ett valt område av en person).

Föreläsning nummer 16. värmestrålning

1. Begreppet termisk strålning och dess egenskaper

Så vad är termisk strålning?

Figur 1. Multipel reflektion av värmevågor från spegelväggarna i kavitet B

Om fördelningen av energi förblir oförändrad för varje våglängd, kommer tillståndet för ett sådant system att vara i jämvikt, och strålningen kommer också att vara i jämvikt. Den enda typen av jämviktsstrålning är termisk. Om, av någon anledning, balansen mellan strålning och kroppen förskjuts, börjar sådana termodynamiska processer att äga rum som kommer att återställa systemet till ett jämviktstillstånd. Om kropp A börjar utstråla mer än den absorberar, så börjar kroppen tappa inre energi och kroppens temperatur (som ett mått på inre energi) kommer att börja sjunka, vilket kommer att minska mängden utstrålad energi. Kroppens temperatur kommer att sjunka tills mängden energi som avges blir lika med mängden energi som absorberas av kroppen. Därmed kommer ett jämviktstillstånd.

Absorptionskoefficienten är förhållandet mellan energin som absorberas av kroppen och den infallande energin. Så om strålningen från flödet dФ fall faller på kroppen, reflekteras en del av den från kroppens yta - dФ neg, den andra delen passerar in i kroppen och omvandlas delvis till värme dФ absorb, och tredje delen, efter flera inre reflektioner, passerar genom kroppen utåt dФ pr : α = dФ absorbera /dФ fall.

Absorptionskoefficienten a beror på den absorberande kroppens beskaffenhet, den absorberade strålningens våglängd, temperaturen och tillståndet hos kroppens yta.

Blackbody-modellen är en liten öppning av kaviteten med ett värmetät skal. Håldiametern är inte mer än 0,1 av kavitetens diameter. Vid en konstant temperatur emitteras en del energi från hålet, motsvarande energiluminositeten hos en helt svart kropp. Men ABB är en idealisering. Men lagarna för termisk strålning från en svart kropp hjälper till att komma närmare verkliga mönster.

2. Lagar för termisk strålning

1. Kirchhoffs lag. Termisk strålning är jämvikt - hur mycket energi som avges av kroppen, så mycket av den absorberas av den. För tre kroppar i ett slutet hålrum kan vi skriva:

Det angivna förhållandet kommer att vara sant även när en av kropparna är AF:

Detta är Kirchhoffs lag: förhållandet mellan den spektrala tätheten av en kropps energiluminositet och dess monokromatiska absorptionskoefficient (vid en viss temperatur och för en viss våglängd) beror inte på kroppens natur och är lika för alla kroppar av spektraltätheten för energiluminositeten vid samma temperatur och våglängd.

1. Den spektrala energiluminositeten hos en svartkropp är en universell funktion av våglängden och kroppstemperaturen.

2. Den svarta kroppens spektrala energiluminositet är störst.

3. Den spektrala energiluminositeten hos en godtycklig kropp är lika med produkten av dess absorptionskoefficient och den spektrala energiluminositeten hos en helt svart kropp.

4. Varje kropp vid en given temperatur avger vågor med samma våglängd som den avger vid en given temperatur.

1879 fastställde de österrikiska forskarna Josef Stefan (experimentellt för en godtycklig kropp) och Ludwig Boltzmann (teoretiskt för en svartkropp) att den totala energiluminositeten över hela våglängdsområdet är proportionell mot fjärde potensen av den absoluta kroppstemperaturen:

Den tyske fysikern Wilhelm Wien formulerade 1893 en lag som bestämmer positionen för den maximala spektrala tätheten för en kropps energiluminositet i strålningsspektrumet för en svart kropp beroende på temperaturen. Enligt lagen är våglängden λ max , som står för den maximala spektrala tätheten för energiluminositeten hos en svartkropp, omvänt proportionell mot dess absoluta temperatur T: λ max \u003d w / t, där w \u003d 2,9 * 10 - 3 m K är Wiens konstant.

De presenterade lagarna gjorde det inte möjligt att teoretiskt hitta ekvationerna för fördelningen av den spektrala tätheten av energiluminositet över våglängder. Rayleigh och Jeans verk, där forskare studerade den spektrala sammansättningen av svartkroppsstrålning baserad på lagarna i klassisk fysik, ledde till grundläggande svårigheter som kallas ultraviolettkatastrofen. I området för UV-vågor borde den svarta kroppens energiljusstyrka ha nått oändligheten, även om den i experiment minskade till noll. Dessa resultat stred mot lagen om bevarande av energi.

4. Plancks teori. En tysk forskare 1900 lade fram en hypotes om att kroppar inte avger kontinuerligt, utan i separata portioner - kvanta. Energin i ett kvant är proportionell mot strålningsfrekvensen: E = hν = h·c/λ, där h = 6,63*J·s är Plancks konstant.

Denna formel överensstämmer med experimentella data över hela våglängdsområdet vid alla temperaturer.

3. Strålning av verkliga kroppar och människokroppen

Termisk strålning från människokroppens yta spelar en viktig roll vid värmeöverföring. Det finns sådana metoder för värmeöverföring: värmeledningsförmåga (ledning), konvektion, strålning, förångning. Beroende på de förhållanden som en person befinner sig i, kan var och en av dessa metoder vara dominerande (till exempel vid mycket höga miljötemperaturer hör den ledande rollen till förångning, och i kallt vatten är ledning och en vattentemperatur på 15 grader en dödlig miljö för naken person, och efter 2-4 timmar uppstår svimning och död på grund av hypotermi i hjärnan). Strålningens andel av den totala värmeöverföringen kan vara från 75 till 25 %. Under normala förhållanden ca 50 % vid fysiologisk vila.

Det finns egenskaper hos den spektrala tätheten av energiluminositeten hos verkliga kroppar: vid 310K, vilket motsvarar medeltemperaturen för människokroppen, faller den maximala värmestrålningen på 9700nm. Varje förändring av kroppstemperaturen leder till en förändring i kraften hos termisk strålning från kroppens yta (0,1 grad är tillräckligt). Därför hjälper studien av hudområden associerade med vissa organ genom centrala nervsystemet att identifiera sjukdomar, som ett resultat av vilka temperaturen ändras ganska avsevärt (termografi av Zakharyin-Ged-zonerna).

4. Biologisk och terapeutisk effekt av värme och kyla

Människokroppen avger och absorberar ständigt värmestrålning. Denna process beror på temperaturen i människokroppen och miljön. Den maximala IR-strålningen från människokroppen faller på 9300nm.

5. Fysiska grunder för termografi Värmekamera

Termografi, eller termisk avbildning, är en funktionell diagnostisk metod baserad på registrering av infraröd strålning från människokroppen.

Många företag har nyligen insett det faktum att det ibland är ganska svårt att "nå ut" till en potentiell kund, hans informationsfält är så laddat med olika typer av reklambudskap att de helt enkelt slutar att uppfattas.

Aktiv telefonförsäljning håller på att bli ett av de mest effektiva sätten att öka försäljningen på kort tid. Cold calls syftar till att locka kunder som inte tidigare ansökt om en produkt eller tjänst, men för ett antal faktorer är potentiella kunder. Efter att ha slagit telefonnumret måste den aktiva försäljningschefen tydligt förstå syftet med det kalla samtalet. Telefonsamtal kräver trots allt speciell skicklighet och tålamod från försäljningschefen, samt kunskap om tekniken och metodiken för att förhandla.

Karakteristika för termisk strålning

Huvudfrågorna i ämnet:

1. Karakteristika för termisk strålning.

2. Termisk strålningslagar (Kirchhoffs lag, Stefan-Boltzmanns lag, Wiens lag); Plancks formel.

3. Fysiska grunder för termografi (termisk avbildning).

4. Kroppsvärmeöverföring.

Varje kropp vid temperaturer över absolut noll (0 K) är en källa till elektromagnetisk strålning, vilket kallas termisk strålning. Det uppstår på grund av kroppens inre energi.

Våglängdsintervallet för elektromagnetiska vågor (spektralområde) som emitteras av en uppvärmd kropp är mycket brett. I teorin om termisk strålning tror man ofta att här varierar våglängden från 0 till ¥.

Fördelningen av energin från värmestrålning från en kropp över våglängder beror på dess temperatur. Vid rumstemperatur är nästan all energi koncentrerad till det infraröda området av den elektromagnetiska vågskalan. Vid en hög temperatur (1000°C) avges en betydande del av energin även i det synliga området.

Karakteristika för termisk strålning

1. Strålningsflöde (effekt) Ф(ibland kallad R) är energin som emitteras på 1 sekund från hela ytan av den uppvärmda kroppen i alla riktningar i rymden och i hela spektralområdet:

2. Energi ljusstyrka R- energi som utstrålas under 1 sek från 1 m 2 av kroppsytan i alla riktningar i rymden och i hela spektralområdet. Om en Sär kroppens yta

3. Spektral densitet av energi ljusstyrka r λ- energi som utstrålas på 1 sek från 1m 2 av kroppsytan i alla riktningar vid våglängden λ i ett enda spektralområde , →

Beroendet av r l av l kallas spektrum termisk strålning av kroppen vid en given temperatur (kl T= konst). Spektrumet ger fördelningen av energin som emitteras av kroppen över våglängder. Det visas i fig. ett.

Det kan visas att energin ljusstyrka Rär lika med arean av figuren som begränsas av spektrumet och axeln (Fig. 1).

4. Förmågan hos en uppvärmd kropp att absorbera energin från extern strålning bestäms av monokromatisk absorptionskoefficient a l,

de där. a l förhållandet mellan strålningsflödet med en våglängd l, absorberat av kroppen, och strålningsflödet av samma våglängd, som infaller på kroppen. Av (3.) följer att och jag - dimensionslös kvantitet.

Efter typ av beroende a från l är alla kroppar indelade i 3 grupper:

a= 1 vid alla våglängder vid alla temperaturer (fig. 3, 1 ), dvs. En svart kropp absorberar fullständigt all strålning som infaller på den. Det finns inga "absolut svarta" kroppar i naturen, en sluten ogenomskinlig hålighet med ett litet hål kan tjäna som modell för en sådan kropp (Fig. 2). Strålen som föll in i detta hål, efter flera reflektioner från väggarna, kommer att absorberas nästan helt.

Solen är nära en absolut svart kropp, dess T = 6000 K.

2). grå kroppar: deras absorptionskoefficient a < 1 и одинаков на всех длинах волн при любых температурах (рис. 3, 2 ). Till exempel kan en människokropp betraktas som en grå kropp i problem med värmeväxling med miljön.

för dem, absorptionskoefficienten a < 1 и зависит от длины волны, т.е. a l = f(l), är detta beroende kroppens absorptionsspektrum (fig. 3 , 3 ).

Termisk strålningsvåglängd

Lagarna för termisk strålning. Strålande värme.

Kanske för någon kommer det att vara nyheter, men överföringen av temperatur sker inte bara genom värmeledning genom beröring av en kropp till en annan. Varje kropp (fast, flytande och gasformig) avger värmestrålar från en viss våg. Dessa strålar, som lämnar en kropp, absorberas av en annan kropp och tar på sig värme. Och jag ska försöka förklara för dig hur detta händer, och hur mycket värme vi förlorar av denna strålning hemma för uppvärmning. (Jag tror att många kommer att vara intresserade av att se dessa siffror). I slutet av artikeln kommer vi att lösa ett problem från ett verkligt exempel.

Jag var övertygad om detta mer än en gång att när jag satt vid elden (vanligtvis stor) brändes mitt ansikte av dessa strålar. Och om jag täckte elden med handflatorna och samtidigt var armarna utsträckta, visade det sig att mitt ansikte slutade brinna. Det är inte svårt att gissa att dessa strålar är raka som ljus. Det är inte luften som cirkulerar runt elden som bränner mig, och inte ens luftens värmeledningsförmåga, utan de direkta osynliga värmestrålarna som kommer från elden.

I rymden finns det vanligtvis ett vakuum mellan planeterna och därför sker överföringen av temperaturer uteslutande av termiska strålar (Alla strålar är elektromagnetiska vågor).

Termisk strålning har en karaktär som ljus och elektromagnetiska strålar (vågor). Dessa vågor (strålar) har helt enkelt olika våglängder.

Till exempel kallas våglängder i intervallet 0,76 - 50 mikron infraröd. Alla kroppar som har en rumstemperatur på +20 °C avger huvudsakligen infraröda vågor med våglängder nära 10 mikron.

Varje kropp, om bara dess temperatur skiljer sig från absoluta nollpunkten (-273,15 ° C), kan sända strålning in i det omgivande utrymmet. Därför utstrålar varje kropp strålar till de omgivande kropparna och påverkas i sin tur av strålningen från dessa kroppar.

Termisk strålning kan absorberas eller passera genom kroppen, eller så kan den helt enkelt reflekteras från kroppen. Reflexionen av värmestrålar liknar reflektionen av en ljusstråle från en spegel. Absorptionen av värmestrålning liknar hur ett svart tak blir väldigt varmt av solens strålar. Och strålarnas penetration eller passage liknar hur strålar passerar genom glas eller luft. Den vanligaste typen av elektromagnetisk strålning i naturen är termisk strålning.

Mycket nära en svart kropp är den så kallade relikstrålningen, eller den kosmiska mikrovågsbakgrunden, mycket nära en svart kropp - strålning som fyller universum med en temperatur på cirka 3 K.

I allmänhet, inom vetenskapen om värmeteknik, för att förklara processerna för termisk strålning, är det bekvämt att använda konceptet med en svart kropp för att kvalitativt förklara processerna för termisk strålning. Endast en svart kropp kan på något sätt underlätta beräkningar.

Som beskrivits ovan kan vilken kropp som helst:

2. Absorbera termisk energi.

3. Reflektera termisk energi.

En svart kropp är en kropp som helt absorberar termisk energi, det vill säga den reflekterar inte strålar och värmestrålning passerar inte genom den. Men glöm inte att den svarta kroppen utstrålar termisk energi.

Vilka svårigheter uppstår i beräkningen om kroppen inte är en svart kropp?

En kropp som inte är en svart kropp har dessa faktorer:

2. Reflekterar någon del av den termiska strålningen.

Dessa två faktorer komplicerar beräkningen så mycket att "mamma gråt inte". Det är väldigt svårt att räkna. Och forskare vid detta tillfälle förklarade inte riktigt hur man beräknar den grå kroppen. Förresten, en grå kropp är en kropp som inte är en svart kropp.

Termisk strålning har olika frekvenser (olika vågor), och varje enskild kropp kan ha olika strålningsvågor. Dessutom, när temperaturen ändras, kan denna våglängd ändras, och dess intensitet (strålningsstyrka) kan också ändras.

Tänk på en bild som bekräftar komplexiteten i emissivitetsberäkningen.

Figuren visar två bollar som har partiklar av denna boll i sig. De röda pilarna är de strålar som sänds ut av partiklarna.

Tänk på en svart kropp.

Inuti den svarta kroppen, djupt inuti, finns det några partiklar som är indikerade i orange. De avger strålar som absorberar närliggande andra partiklar, som anges med gult. Strålarna från de orange partiklarna i den svarta kroppen kan inte passera genom andra partiklar. Och därför sänder bara de yttre partiklarna av denna boll ut strålar över hela bollens område. Därför är beräkningen av den svarta kroppen lätt att beräkna. Det är också vanligt att tro att en svart kropp avger hela spektrumet av vågor. Det vill säga att den avger alla tillgängliga vågor av olika längd. En grå kropp kan avge en del av vågspektrumet, bara av en viss våglängd.

Tänk på en grå kropp.

Inuti den grå kroppen avger partiklarna inuti någon del av strålarna som passerar genom andra partiklar. Och det är därför kalkylen blir mycket mer komplicerad.

Termisk strålning är elektromagnetisk strålning som härrör från omvandlingen av energin från den termiska rörelsen av kroppspartiklar till strålningsenergi. Det är den termiska naturen hos exciteringen av elementära sändare (atomer, molekyler, etc.) som motsätter termisk strålning alla andra typer av luminescens och bestämmer dess specifika egenskap att endast bero på temperaturen och optiska egenskaper hos den strålande kroppen.

Erfarenheten visar att termisk strålning observeras i alla kroppar vid alla andra temperaturer än 0 K. Naturligtvis beror strålningens intensitet och karaktär på den utstrålande kroppens temperatur. Till exempel sänder alla kroppar med en rumstemperatur på + 20 ° C huvudsakligen infraröda vågor med våglängder nära 10 mikron, och solen avger energi som når ett maximum vid 0,5 mikron, vilket motsvarar det synliga området. Vid T → 0 K strålar kroppar praktiskt taget inte ut.

Termisk strålning leder till en minskning av kroppens inre energi och följaktligen till en minskning av kroppstemperaturen, till kylning. En uppvärmd kropp, på grund av värmestrålning, avger intern energi och kyls ner till de omgivande kropparnas temperatur. I sin tur, genom att absorbera strålning, kan kalla kroppar värmas upp. Sådana processer, som även kan ske i vakuum, kallas strålningsvärmeöverföring.

En svart kropp är en fysisk abstraktion som används inom termodynamik, en kropp som absorberar all elektromagnetisk strålning som faller på den i alla områden och reflekterar ingenting. Trots namnet kan en svart kropp själv avge elektromagnetisk strålning av vilken frekvens som helst och visuellt ha en färg. Strålningsspektrumet för en svart kropp bestäms endast av dess temperatur.

(Temperaturintervall i Kelvin och deras färg)

upp till 1000 Röd

5500-7000 Ren vit

De svartaste verkliga ämnena, till exempel sot, absorberar upp till 99 % av den infallande strålningen (d.v.s. har en albedo lika med 0,01) i det synliga våglängdsområdet, men de absorberar infraröd strålning mycket sämre. Den djupsvarta färgen hos vissa material (kol, svart sammet) och det mänskliga ögats pupill förklaras av samma mekanism. Bland solsystemets kroppar har Solen egenskaperna hos en absolut svart kropp i störst utsträckning. Per definition reflekterar solen praktiskt taget ingen strålning alls. Termen introducerades av Gustav Kirchhoff 1862.

Enligt spektralklassificeringen tillhör solen typen G2V ("gul dvärg"). Solens yttemperatur når 6000 K, så solen lyser med nästan vitt ljus, men på grund av absorptionen av en del av spektrumet av jordens atmosfär nära ytan på vår planet får detta ljus en gul nyans.

Helt svart kropp - absorberar 100% och värmer samtidigt upp, och vice versa! en uppvärmd kropp - 100% strålar, vilket betyder att det finns ett strikt mönster (strålningsformeln för en absolut svart kropp) mellan solens temperatur - och dess spektrum - eftersom både spektrum och temperatur redan har bestämts - ja, solen har inga avvikelser från dessa parametrar!

Inom astronomi finns det ett sådant diagram - "Spektrum-luminositet", och därför hör vår sol till "huvudsekvensen" av stjärnor, som de flesta andra stjärnor tillhör, det vill säga nästan alla stjärnor är "absolut svarta kroppar", som det är inte konstigt. Undantag är vita dvärgar, röda jättar och New, Super-New.

Det här är någon som inte läst fysik i skolan.

En svart kropp absorberar ALL strålning och avger mer än alla andra kroppar (ju mer kroppen absorberar, desto mer värms den upp; ju mer den värms upp, desto mer strålar den ut).

Anta att vi har två ytor - grå (med en svärtafaktor på 0,5) och absolut svart (koefficient på 1).

Emissionsförmågan är absorptionskoefficienten.

Nu på dessa ytor genom att rikta samma flöde av fotoner, säg 100 stycken.

En grå yta kommer att absorbera 50 av dem, en svart yta kommer att absorbera alla 100.

Vilken yta avger mer ljus - i vilken "sitter" 50 fotoner eller 100?

Strålningen från en helt svart kropp beräknades först korrekt av Planck.

Solens strålning följer ungefär Plancks formel.

Och så börjar vi studera teorin.

Under strålning (strålning) förstå emission och utbredning av elektromagnetiska vågor av något slag. Beroende på våglängden finns det: röntgen, ultraviolett, infraröd, ljus (synlig) strålning och radiovågor.

Röntgenstrålning - elektromagnetiska vågor, vars fotonenergi ligger på skalan av elektromagnetiska vågor mellan ultraviolett strålning och gammastrålning, vilket motsvarar våglängder från 10−2 till 103 Ångström. 10 Ångström = 1 nm. (0,nm)

Ultraviolett strålning (ultraviolett, UV, UV) - elektromagnetisk strålning, som upptar intervallet mellan den violetta gränsen för synlig strålning och röntgenstrålning (10 - 380 nm).

Infraröd strålning - elektromagnetisk strålning som upptar spektralområdet mellan den röda änden av synligt ljus (med en våglängd λ = 0,74 μm) och mikrovågsstrålning (λ

Nu är hela utbudet av infraröd strålning uppdelat i tre komponenter:

Kortvågsområde: X = 0,74-2,5 µm;

Mellanvågsområde: X = 2,5-50 µm;

Långvåglängdsområde: X = 50-2000 µm;

Synlig strålning - elektromagnetiska vågor som uppfattas av det mänskliga ögat. Det mänskliga ögats känslighet för elektromagnetisk strålning beror på strålningens våglängd (frekvens), med maximal känslighet vid 555 nm (540 terahertz), i den gröna delen av spektrumet. Eftersom känsligheten gradvis sjunker till noll med avståndet från maximipunkten är det omöjligt att ange de exakta gränserna för spektralområdet för synlig strålning. Vanligtvis tas en sektion på 380-400 nm (750-790 THz) som en kortvågsgräns och 760-780 nm (385-395 THz) som en långvågsgräns. Elektromagnetisk strålning med sådana våglängder kallas också för synligt ljus, eller helt enkelt ljus (i ordets snäva bemärkelse).

Radioemission (radiovågor, radiofrekvenser) - elektromagnetisk strålning med våglängder på 5 10−5-1010 meter respektive frekvenser från 6 1012 Hz och upp till flera Hz. Radiovågor används vid överföring av data i radionätverk.

Termisk strålning är en process för utbredning i rymden av den inre energin hos en strålande kropp med hjälp av elektromagnetiska vågor. Orsaken till dessa vågor är de materialpartiklar som utgör ämnet. Utbredningen av elektromagnetiska vågor kräver inget materiellt medium; i vakuum fortplantar de sig med ljusets hastighet och kännetecknas av en våglängd λ eller en oscillationsfrekvens ν. Vid temperaturer upp till 1500 °C motsvarar huvuddelen av energin infraröd och delvis ljusstrålning (λ=0,7÷50 µm).

Det bör noteras att strålningsenergin inte emitteras kontinuerligt, utan i form av vissa delar - kvanta. Bärarna av dessa delar av energi är de elementära partiklarna av strålning - fotoner, som har energi, antal rörelser och elektromagnetisk massa. När den träffar andra kroppar absorberas strålningsenergin delvis av dem, reflekteras delvis och passerar delvis genom kroppen. Processen för omvandling av strålningsenergi till den inre energin i en absorberande kropp kallas absorption. De flesta fasta och flytande kroppar avger energi av alla våglängder i intervallet från 0 till ∞, det vill säga de har ett kontinuerligt emissionsspektrum. Gaser avger energi endast inom vissa våglängdsområden (selektivt emissionsspektrum). Fasta ämnen utstrålar och absorberar energi från ytan och gaser i volym.

Energin som utstrålas per tidsenhet i ett smalt våglängdsområde (från λ till λ+dλ) kallas flödet av monokromatisk strålning Qλ. Strålningsflödet som motsvarar hela spektrumet i området från 0 till ∞ kallas det integrala, eller totala, strålningsflödet Q(W). Det integrerade strålningsflödet som emitteras från en enhetsyta av kroppen i alla riktningar av det halvsfäriska utrymmet kallas den integrerade strålningsdensiteten (W/m 2).

För att förstå denna formel, överväg en bild.

Det var inte av en slump som jag avbildade två versioner av kroppen. Formeln är endast giltig för en kvadratisk kropp. Eftersom strålningsområdet måste vara plant. Förutsatt att den bara utstrålar kroppens yta. Inre partiklar strålar inte ut.

Q är energin (W) som strålar ut från hela området.

Genom att känna till materialets strålningsdensitet är det möjligt att beräkna hur mycket energi som spenderas på strålning:

Det måste förstås att strålarna som emanerar från planet har olika strålningsintensiteter med avseende på planets normal.

Lamberts lag. Den strålningsenergi som kroppen sänder ut fortplantar sig i rymden i olika riktningar med olika intensitet. Lagen som fastställer strålningsintensitetens beroende av riktningen kallas Lamberts lag.

Lamberts lag säger att mängden strålningsenergi som sänds ut av ett ytelement i riktning mot ett annat element är proportionell mot produkten av mängden energi som emitteras längs normalen och den rumsliga vinkeln som strålningsriktningen gör med normalen.

Intensiteten för varje stråle kan hittas med hjälp av den trigonometriska funktionen:

Det vill säga, det är en slags vinkelkoefficient och den följer strikt vinkelns trigonometri. Koefficienten fungerar bara för en svart kropp. Eftersom närliggande partiklar kommer att absorbera sidostrålar. För en grå kropp är det nödvändigt att ta hänsyn till antalet strålar som passerar genom partiklarna. Man måste också ta hänsyn till strålarnas reflektion.

Följaktligen emitteras den största mängden strålningsenergi i en riktning vinkelrät mot strålningsytan. Lamberts lag är helt giltig för en helt svart kropp och för kroppar som har diffus strålning vid en temperatur på °C. För polerade ytor gäller inte Lamberts lag. För dem kommer strålningen i vinkel att vara större än i riktningen vinkelrät mot ytan.

Lite om definitioner. Definitioner är användbara för att uttrycka dig korrekt.

Observera att de flesta fasta och flytande kroppar har ett kontinuerligt (kontinuerligt) emissionsspektrum. Det betyder att de har förmågan att sända ut strålar av alla våglängder.

Strålningsflödet (eller strålningsflödet) är förhållandet mellan strålningsenergin och strålningstiden, W:

där Q är strålningsenergin, J; t - tid, s.

Om ett strålningsflöde som emitteras av en godtycklig yta i alla riktningar (dvs inom en halvklot med godtycklig radie) utförs i ett smalt våglängdsområde från λ till λ + Δλ, så kallas det ett monokromatiskt strålningsflöde

Den totala strålningen från kroppens yta över alla våglängder i spektrumet kallas det integrala eller totala strålningsflödet Ф

Det integrerade flödet som emitteras från en enhetsyta kallas ytflödestätheten för den integrerade strålningen eller emissiviteten, W/m 2,

Formeln kan också tillämpas på monokromatisk strålning. Om termisk monokromatisk strålning faller på ytan av en kropp, kommer i det allmänna fallet en del lika med B λ av denna strålning att absorberas av kroppen, d.v.s. kommer att förvandlas till en annan form av energi som ett resultat av interaktion med materia, en del av F λ kommer att reflekteras och en del av D λ kommer att passera genom kroppen. Om vi ​​antar att den strålning som infaller på kroppen är lika med enhet, då

där B λ , F λ , D λ är absorptionskoefficienterna respektive reflektionskoefficienterna

och överföring av kroppen.

När B, F, D förblir konstanta inom spektrumet, dvs. inte beror på våglängden, då behövs inget index. I detta fall

Om B \u003d 1 (F \u003d D \u003d 0), så kallas en kropp som helt absorberar all strålning som infaller på den, oavsett våglängd, infallsriktning och strålningspolarisationstillstånd, en svart kropp eller en full radiator .

Om F=1 (B=D=0), så reflekteras strålningen som faller in på kroppen helt. I det fall då kroppens yta är grov reflekteras strålarna diffust (diffus reflektion), och kroppen kallas vit, och när kroppens yta är slät och reflektionen följer den geometriska optikens lagar, då kroppen (ytan) kallas spegel. I fallet när D \u003d 1 (B \u003d F \u003d 0), är kroppen genomsläpplig för termiska strålar (diatermisk).

Fasta ämnen och vätskor är praktiskt taget ogenomskinliga för värmestrålar (D = 0), d.v.s. atermisk. För sådana kroppar

Absolut svarta, liksom genomskinliga eller vita kroppar, finns inte i naturen. Sådana kroppar måste betraktas som vetenskapliga abstraktioner. Men ändå kan vissa riktiga kroppar komma tillräckligt nära sådana idealiserade kroppar i sina egenskaper.

Det bör noteras att vissa kroppar har vissa egenskaper med avseende på strålar med en viss våglängd, och andra med avseende på strålar med en annan våglängd. Till exempel kan en kropp vara transparent för infraröda strålar och ogenomskinlig för synliga (ljus) strålar. Ytan på en kropp kan vara slät för strålar med en våglängd och grov för strålar med en annan våglängd.

Gaser, särskilt de under lågt tryck, avger i motsats till fasta ämnen och vätskor ett linjespektrum. Således absorberar och avger gaser strålar av endast en viss våglängd, medan de varken kan avge eller absorbera andra strålar. I det här fallet talar man om selektiv (selektiv) absorption och emission.

I teorin om termisk strålning spelas en viktig roll av en storhet som kallas strålningsflödets spektrala täthet, eller spektral emissivitet, vilket är förhållandet mellan tätheten av strålningsflödet som emitteras i ett oändligt litet intervall av våglängder från λ till λ + Δλ till storleken på detta våglängdsintervall Δλ, W/m 2,

där E är ytdensiteten för strålningsflödet, W/m 2 .

Varför finns det ingen sådan materialguide? Eftersom värmeförlusten genom värmestrålning är mycket liten, och jag tror att den sannolikt inte kommer att överstiga 10% i våra levnadsförhållanden. Därför ingår de inte i beräkningen av värmeförluster. Det är då vi ofta flyger ut i rymden, då dyker alla beräkningar upp. Snarare, i vår astronautik har data om material samlats, men de är ännu inte fritt tillgängliga.

Lagen om absorption av strålningsenergi

Om ett strålningsflöde faller på någon kropp med tjocklek l (se figur), minskar det i det allmänna fallet när det passerar genom kroppen. Det antas att den relativa förändringen i strålningsflödet längs vägen Δl är direkt proportionell mot strömmens väg:

Proportionalitetskoefficienten b kallas absorptionsindex, vilket i allmänhet beror på kroppens fysikaliska egenskaper och våglängden.

Genom att integrera från l till 0 och hålla b konstant får vi

Låt oss fastställa sambandet mellan den spektrala absorptionskoefficienten för kroppen B λ och det spektrala absorptionsindexet för ämnet b λ .

Från definitionen av den spektrala absorptionskoefficienten B λ har vi

Efter att ha ersatt värdena i denna ekvation får vi förhållandet mellan den spektrala absorptionskoefficienten B λ och det spektrala absorptionsindexet B λ .

Absorptionskoefficienten B λ är noll för l 1 = 0 och b λ = 0. För ett stort värde på bλ räcker det med ett mycket litet värde på l, men ändå inte lika med noll, så att värdet på B λ är godtyckligt nära enhet. I det här fallet kan vi säga att absorption sker i ett tunt ytskikt av ämnet. Endast i denna förståelse är det möjligt att tala om ytabsorption. För de flesta fasta ämnen, på grund av det stora värdet av absorptionsindex b λ, sker "ytabsorption" i den angivna meningen, och därför har tillståndet på dess yta stor inverkan på absorptionskoefficienten.

Kroppar, även om de har ett litet värde på absorptionsindex, såsom gaser, kan med sin tillräckliga tjocklek ha en stor absorptionskoefficient, d.v.s. görs ogenomskinliga för strålar med en given våglängd.

Om b λ \u003d 0 för intervallet Δλ, och för andra våglängder b λ inte är lika med noll, kommer kroppen att absorbera infallande strålning endast av vissa våglängder. I detta fall talar man, som nämnts ovan, om en selektiv (selektiv) absorptionskoefficient.

Låt oss betona den grundläggande skillnaden mellan absorptionsindex för ett ämne b λ och absorptionskoefficienten B λ för en kropp. Den första karakteriserar materiens fysikaliska egenskaper i förhållande till strålar av en viss våglängd. Värdet på В λ beror inte bara på de fysiska egenskaperna hos det ämne som kroppen består av, utan också på formen, storleken och tillståndet på kroppens yta.

Lagar för strålning av strålningsenergi

Max Planck etablerade teoretiskt, på basis av elektromagnetisk teori, en lag (kallad Plancks lag), som uttrycker beroendet av den spektrala emissiviteten hos en svart kropp E 0λ på våglängden λ och temperaturen T.

där E 0λ (λ, T) är emissiviteten för den svarta kroppen, W/m 2; T - termodynamisk temperatur, K; Ci och C2 är konstanta; C 1 \u003d 2πhc 2 \u003d (3,74150 ± 0,0003) 10-16 W m 2; C2=hc/k=(1,438790±0,00019) 10-2; m K (här är h=(6,626176±0,000036) J s Plancks konstant; c=(±1,2) m/s är utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i det fria rymden: k är Boltzmanns konstant.)

Det följer av Plancks lag att den spektrala emissiviteten kan vara noll vid en termodynamisk temperatur lika med noll (T=0), eller vid en våglängd λ = 0 och λ→∞ (vid T≠0).

Följaktligen strålar en svart kropp vid vilken temperatur som helst högre än 0 K. (T> 0) strålar av alla våglängder, d.v.s. har ett kontinuerligt (kontinuerligt) emissionsspektrum.

Från formeln ovan kan du få det beräknade uttrycket för den svarta kroppens emissivitet:

Integrering inom området λ från 0 till ∞ erhåller vi

Som ett resultat av att expandera integranden till en serie och integrera den, erhålls ett beräknat uttryck för svartkroppens utstrålning, kallad Stefan-Boltzmann-lagen:

där E 0 är emissionsförmågan för den svarta kroppen, W/m 2;

σ - Stefan Boltzmanns konstant, W / (m 2 K 4);

σ = (5,67032 ± 0,00071) 10-8;

T är termodynamisk temperatur, K.

Formeln skrivs ofta i en mer bekväm form för beräkning:

där E0 är emissionsförmågan för en svart kropp; C 0 \u003d 5,67 W / (m 2 K 4).

Stefan-Boltzmanns lag är formulerad enligt följande: emissiviteten hos en svart kropp är direkt proportionell mot dess termodynamiska temperatur till fjärde potensen.

Spektralfördelning av svartkroppsstrålning vid olika temperaturer

λ - våglängd från 0 till 10 µm (nm)

E 0λ - ska förstås enligt följande: Som om det i volymen (m 3) av en svart kropp finns en viss mängd energi (W). Detta betyder inte att det bara utstrålar sådan energi från de yttre partiklarna. Helt enkelt, om vi samlar alla partiklar i en svart kropp i en volym och mäter emissionsförmågan för varje partikel i alla riktningar och adderar dem alla, då får vi den totala energin på volymen, vilket visas på grafen.

Som kan ses från isotermernas placering har var och en av dem ett maximum, och ju högre den termodynamiska temperaturen är, desto större är värdet på E0λ som motsvarar maximum, och själva maximipunkten flyttar sig till området med kortare vågor. Förskjutningen av den maximala spektrala emissiviteten E0λmax till kortare våglängder är känd som

Wiens förskjutningslag, enligt vilken

T λ max \u003d 2,88 10 -3 m K \u003d const och λ max \u003d 2,88 10 -3 / T,

där λ max är den våglängd som motsvarar det maximala värdet av den spektrala emissiviteten E 0λmax .

Så, till exempel, vid T = 6000 K (den ungefärliga temperaturen på solens yta), är den maximala E 0λ belägen i området för synlig strålning, på vilken cirka 50% av solstrålningen faller.

Den elementära arean under isotermen, skuggad på grafen, är lika med E 0λ Δλ. Det är klart att summan av dessa områden, dvs. integralen är den svarta kroppens emissionsförmåga E 0 . Därför visar området mellan isotermen och x-axeln den svarta kroppens emissionsförmåga på en konventionell skala i diagrammet. Vid låga värden på den termodynamiska temperaturen passerar isotermerna i omedelbar närhet av abskissaxeln, och det angivna området blir så litet att det praktiskt taget kan anses vara lika med noll.

Begreppen så kallade grå kroppar och grå strålning spelar en viktig roll inom tekniken. Grå är en icke-selektiv termisk emitter som kan sända ut ett kontinuerligt spektrum, med en spektral emissivitet E λ för vågor av alla våglängder och vid alla temperaturer, som är en konstant bråkdel av den spektrala emissiviteten för en svart kropp E 0λ, dvs.

Konstanten ε kallas värmeavsändarens emissivitet. För grå kroppar emissivitet ε E - Emissivitet, W;

B - absorptionskoefficient;

F - reflektionskoefficient;

D - transmittans;

T - Temperatur K.

Man kan anta att alla strålar som sänds av en kropp helt faller på den andra. Låt oss anta att transmissionskoefficienterna för dessa kroppar är D 1 = D 2 = 0 och att det finns ett värmetransparent (diatermiskt) medium mellan ytorna på två plan. Beteckna med E1, B1, F1, T1 och E2, B2, F2, T2 respektive emissiviteter, absorptionskoefficienter, reflektioner och temperaturer för ytorna på den första och andra kroppen.

Strålningsenergiflödet från yta 1 till yta 2 är lika med produkten av strålningen på yta 1 och dess area A, dvs. E 1 A, från vilken en del av E 1 B 2 A absorberas av yta 2, och en del av E 1 F 2 A reflekteras tillbaka till yta 1. Från detta reflekterade flöde E 1 F 2 A absorberar yta 1 E 1 F 2 B 1 A och reflekterar E 1 F 1 F 2 A. FRÅN det reflekterade energiflödet E 1 F 1 F 2 A kommer yta 2 återigen att absorbera E 1 F 1 F 2 B 2 A och reflektera E 1 F 1 F 2 A , etc.

På liknande sätt sker en överföring av strålningsenergi genom flödet E 2 från yta 2 till yta 1. Som ett resultat av detta, det strålningsenergiflöde som absorberas av yta 2 (eller ges bort av yta 1)

Flödet av strålningsenergi som absorberas av yta 1 (eller avges av yta 2),

I slutändan kommer flödet av strålningsenergi som överförs av yta 1 till yta 2 att vara lika med skillnaden mellan strålningsflödena Ф 1→2 och Ф 2→1, dvs.

Det resulterande uttrycket är giltigt för alla temperaturer T 1 och T 2 och i synnerhet för T 1 = T 2 . I det senare fallet är det aktuella systemet i dynamisk termisk jämvikt, och på grundval av termodynamikens andra lag är det nödvändigt att sätta Ф 1→2 = Ф 2→1, varav det följer

Den resulterande likheten kallas Kirchhoffs lag: förhållandet mellan en kropps emissivitet och dess absorptionskoefficient för alla grå kroppar vid samma temperatur är samma och lika med emissiviteten för en svart kropp vid samma temperatur.

Om en kropp har en liten absorptionskoefficient, såsom en välpolerad metall, så har denna kropp också en låg emissivitet. På grundval av detta, för att minska värmeförlusten genom strålning till den yttre miljön, täcks värmeavgivande ytor med ark av polerad metall för värmeisolering.

När man härledde Kirchhoffs lag tog man hänsyn till grå strålning. Slutsatsen förblir giltig även om den termiska strålningen från båda kropparna endast beaktas i en viss del av spektrumet, men ändå har samma karaktär, d.v.s. båda kropparna sänder ut strålar vars våglängder ligger i samma godtyckliga spektrala område. I det begränsade fallet kommer vi fram till fallet med monokromatisk strålning. Sedan

de där. för monokromatisk strålning bör Kirchhoffs lag formuleras enligt följande: förhållandet mellan en kropps spektrala emissivitet vid en viss våglängd och dess absorptionskoefficient vid samma våglängd är densamma för alla kroppar vid samma temperaturer, och är lika med spektralen. emissiviteten hos en svart kropp vid samma våglängdsvågor vid samma temperatur.

Vi drar slutsatsen att för en grå kropp B = ε, dvs. begreppen "absorptionskoefficient" B och "svarthetskoefficient" ε för en grå kropp sammanfaller. Per definition beror inte svarthetskoefficienten på vare sig temperatur eller våglängd, och följaktligen beror absorptionskoefficienten för en grå kropp inte heller på varken våglängd eller temperatur.

Strålningen från gaser skiljer sig väsentligt från strålningen från fasta kroppar. Absorption och utsläpp av gaser - selektiv (selektiv). Gaser absorberar och avger strålningsenergi endast i vissa, ganska smala intervall Δλ av våglängder - de så kallade banden. I resten av spektrumet avger eller absorberar inte gaser strålningsenergi.

Diatomiska gaser har en försumbar förmåga att absorbera strålningsenergi, och följaktligen en liten förmåga att utstråla den. Därför anses dessa gaser vanligtvis vara diatermiska. Till skillnad från diatomiska gaser har polyatomiska gaser, inklusive triatomära gaser, en betydande förmåga att avge och absorbera strålningsenergi. Av de triatomära gaserna inom värmetekniska beräkningar är koldioxid (CO 2) och vattenånga (H 2 O), som vardera har tre emissionsband, av största praktiska intresse.

I motsats till fasta ämnen är absorptionskoefficienten för gaser (naturligtvis i området för absorptionsband) liten. Därför är det för gasformiga kroppar inte längre möjligt att tala om "ytabsorption", eftersom absorptionen av strålningsenergi sker i en ändlig volym gas. I denna mening kallas absorption och utsläpp av gaser volymetrisk. Dessutom beror absorptionskoefficienten b λ för gaser på temperaturen.

Enligt absorptionslagen kan den spektrala absorptionskoefficienten för en kropp bestämmas från:

För gasformiga kroppar kompliceras detta beroende något av det faktum att gasabsorptionskoefficienten påverkas av dess tryck. Det senare förklaras av det faktum att absorption (strålning) fortskrider ju mer intensivt, ju fler molekyler strålen möter på sin väg, och det volymetriska antalet molekyler (förhållandet mellan antalet molekyler och volym) är direkt proportionellt mot trycket ( vid t = konst).

I tekniska beräkningar av gasstrålning ingår vanligtvis absorberande gaser (CO 2 och H 2 O) som komponenter i blandningen av gaser. Om blandningens tryck är p, och partialtrycket för den absorberande (eller emitterande) gasen är p i, då är det nödvändigt att ersätta värdet p i 1 istället för l. Värdet p i 1, som är produkten av gasen tryck och dess tjocklek, kallas den effektiva skikttjockleken. Således, för gaser, den spektrala absorptionskoefficienten

Den spektrala absorptionskoefficienten för en gas (i rymden) beror på gasens fysiska egenskaper, utrymmets form, dess dimensioner och gasens temperatur. Därefter, i enlighet med Kirchhoffs lag, den spektrala strålningen

Emissivitet inom ett band av spektrumet

Denna formel bestämmer strålningen av en gas i det fria utrymmet (tomhet). (Fritt utrymme kan betraktas som ett svart utrymme vid 0 K.) Men gasutrymmet är alltid begränsat av ytan på ett fast ämne, i det allmänna fallet har en temperatur T st ≠ T g och emissivitet ε st

Den spektrala sammansättningen av strålningen från enskilda exciterade atomer är en uppsättning relativt smala linjer. Detta innebär att ljuset som emitteras av förtärnade gaser eller ångor koncentreras i smala spektrala intervall nära vissa frekvenser som är karakteristiska för atomer av varje typ.

Värmestrålning. Strålningsspektrumet för fasta och flytande kroppar som värms upp till en hög temperatur har en helt annan form. I denna strålning, som kallas termisk, finns elektromagnetiska vågor av alla frekvenser från ett mycket brett område, dvs dess spektrum är kontinuerligt.

För att få en uppfattning om karaktären av termisk strålning, låt oss överväga flera kroppar som är uppvärmda till olika temperaturer och placerade i ett slutet hålrum, vars innerväggar helt reflekterar strålningen som faller på dem. Erfarenheten visar att ett sådant system, i enlighet med termodynamikens principer, förr eller senare kommer till ett tillstånd av termisk jämvikt, där alla kroppar får samma temperatur. Detta händer också om det finns ett absolut vakuum inuti kaviteten och kropparna kan byta energi endast genom

strålning och absorption av elektromagnetiska vågor. Detta gör det möjligt att tillämpa termodynamikens lagar i studiet av ett sådant system.

I jämvikt absorberar alla kroppar lika mycket elektromagnetisk vågenergi per tidsenhet som de avger, och energitätheten för strålningen som fyller hålrummet når ett visst bestämt värde som motsvarar den konstanta temperaturen. Sådan strålning, som är i termodynamisk jämvikt med kroppar som har en viss temperatur, kallas jämvikt eller svart strålning. Inte bara energitätheten, d.v.s. den totala energin per volymenhet, utan även den spektrala sammansättningen av den jämviktsstrålning som fyller kaviteten beror endast på temperaturen och är helt oberoende av egenskaperna hos kropparna i kaviteten.

Spektral sammansättning av termisk strålning. Den universella karaktären hos den spektrala sammansättningen av jämviktsstrålning, som först visades av Kirchhoff redan 1860, följer direkt av termodynamikens andra lag. Låt oss faktiskt anta motsatsen, d.v.s. att den spektrala sammansättningen beror på naturen hos den kropp med vilken strålningen är i jämvikt. Låt oss ta två hålrum där strålningen är i jämvikt med olika kroppar, som dock har samma temperatur. Låt oss koppla ihop hålrummen med ett litet hål så att de kan utbyta strålning. Om strålningsenergidensiteterna i dem är olika, sker en riktad överföring av strålningsenergi, vilket kommer att leda till en spontan kränkning av den termiska jämvikten mellan kropparna, d.v.s. till uppkomsten av en viss temperaturskillnad. Detta motsäger termodynamikens andra lag.

För att experimentellt studera den spektrala sammansättningen av jämviktsstrålning kan ett litet hål göras i skalet som omger kaviteten. Strålningen som strömmar ut genom hålet, även om den inte är i jämvikt, har ändå exakt samma spektrala sammansättning som den jämviktsstrålning som fyller håligheten. Strålningen som kommer ut från hålet skiljer sig från jämviktsstrålningen endast genom att den inte är isotrop, eftersom den utbreder sig i en viss riktning.

Om temperaturen i kaviteten höjs kommer energin som förs bort av strålningen som kommer ut från hålet att öka. Detta innebär att volymenergitätheten för jämviktsstrålning ökar med temperaturen. Denna tillväxt är mycket snabb, som vi ska se nedan, i proportion till den termodynamiska temperaturens fjärde potens. Med ökande temperatur ändras också strålningens spektrala sammansättning, och på ett sådant sätt att maximivärdet skiftar till området för kortare vågor: ljuset som kommer ut från hålet i den varma ugnen har en rödaktig nyans vid en relativt låg temperatur och blir gul och jämn vit när den stiger.

Vad kan man se när man tittar genom ett hål in i en kavitet där strålning är i jämvikt med kroppar? Därför att

Eftersom egenskaperna hos strålningen som kommer ut från hålet vid termisk jämvikt inte beror på kropparnas beskaffenhet inuti kaviteten, kan strålningen inte bära någon information om dessa kroppar, förutom deras temperatur. Och faktiskt, när vi tittar in i ugnen, kommer vi inte att se några föremål mot bakgrunden av väggarna i kaviteten, och inte heller själva väggarna, även om mycket ljus kommer in i ögat. Konturerna av föremål inuti kaviteten kommer inte att vara synliga, allt kommer att se lika lätt ut.

Förmågan att särskilja objekt visas endast när man använder strålning som inte är i jämvikt. Även om denna strålning kommer från heta kroppar och dess spektrala sammansättning är nära jämvikt, måste temperaturen på den utstrålande ytan vara högre än temperaturen på de upplysta föremålen.

Alla regelbundenheter av svart strålning som observerats i erfarenhet beskrivs av Plancks formel, erhållen på basis av förkastandet av strålningsprocessens kontinuerliga natur.

Ris. Fig. 96. Frekvensfördelning av energi i spektrum av jämviktsstrålning (a) och spektral täthet av jämviktsstrålning vid olika temperaturer (b)

Frekvensfördelningen av energi som ges av Planck-formeln i spektrumet av jämviktsstrålning

visad i fig. 96a. På fig. 96b visar spektraltätheten för jämviktsstrålning som en funktion av våglängden vid flera temperaturer.

Strålning som en gas av fotoner. Termisk jämviktsstrålning kan betraktas som en gas som består av fotoner. Fotongasen är idealisk, eftersom olika elektromagnetiska vågor i vakuum inte interagerar med varandra. Därför är upprättandet av termisk jämvikt i en fotongas endast möjligt när den interagerar med materia.

Mekanismen för att upprätta termisk jämvikt består i absorptionen av vissa och emissionen av andra fotoner av materia.

Möjligheten till absorption och emission av fotoner leder till ett karakteristiskt särdrag hos en fotongas: antalet partiklar i den är inte konstant, utan bestäms själv av tillståndet för termodynamisk jämvikt.

Idén med en fotongas gör det mycket lätt att hitta beroendet av energitätheten för jämviktsstrålning på den termodynamiska temperaturen T. Detta kan göras med hjälp av dimensionella överväganden. Energin hos en enhetsvolym av strålning kan representeras som produkten av det genomsnittliga antalet fotoner per volymenhet som jämnt fyller hålrummet med medelenergin för en foton

De mängder som den genomsnittliga fotonenergin och antalet fotoner per volymenhet jämviktsstrålning kan bero på är den termodynamiska temperaturen T, Boltzmann-konstanten k, ljusets hastighet c och Planck-konstanten. Eftersom jämviktsstrålning i en kavitet gör det inte beror på vare sig storleken och formen på kaviteten eller på arten av kropparna i kaviteten, eller substansen i dess väggar, då sådana parametrar som kropparnas och kavitetens dimensioner, och sådana konstanter som laddningarna och massorna av elektroner och kärnor, kan inte förekomma i uttrycken för

Beroende av energitäthet på temperatur. Medelenergin för en foton av termisk strålning är lika stor i storleksordning.

var finns någon dimensionslös faktor.

Formel (2) visar att volymenergitätheten för jämviktsstrålning är proportionell mot fjärde potensen av temperaturen i kaviteten. En sådan snabb ökning av energitätheten med temperaturen beror inte så mycket på en ökning av den genomsnittliga fotonenergin (som är proportionell mot T) som på en ökning av antalet fotoner i kaviteten, som är proportionell mot temperaturens kub. .

Om det finns ett litet hål i kavitetens vägg, är strålningsenergiflödet y genom hålets enhetsarea proportionell mot produkten av energitätheten i kaviteten och ljusets hastighet c:

där a kallas Stefan-Boltzmann-konstanten. En exakt beräkning baserad på tillämpningen av statistisk mekanik på en fotongas ger ett värde för den lika med

Således är den totala strålningsintensiteten från hålet proportionell mot fjärde potensen av den termodynamiska temperaturen i kaviteten.

Strålning från ytan av uppvärmda kroppar skiljer sig från strålning från ett hål i hålrumsväggen. Intensiteten och spektrala sammansättningen av denna strålning beror inte bara på temperaturen utan också på den strålande kroppens egenskaper. I många fall kan dock uppskattningarna anses att dessa skillnader är små.

Jordens yttemperatur. Som ett exempel på att tillämpa lagen om termisk strålning (3), överväg frågan om medeltemperaturen på jordens yta. Vi kommer att anta att jordens värmebalans huvudsakligen bestäms av absorptionen av solstrålningens energi och utstrålningen av energi i rymden, och rollen för de processer som äger rum inuti jorden är liten. Det totala flödet av energi som utstrålas av solen, i enlighet med (3), är lika med - temperaturen på solens yta, - dess radie. Vi kommer att anta att all energi av solstrålning som faller in på jorden absorberas. Med hjälp av fig. 97 är det lätt att förstå att mängden energi som absorberas av jorden per tidsenhet är lika med

Sammanfattningsvis noterar vi att strålningsspektrumet för uppvärmda kroppar är så brett att effektiviteten hos glödlampor och andra belysningsanordningar baserade på strålningen från heta kroppar är helt försumbar. Området med synligt ljus motsvarar endast ett smalt band i spektrumet av termisk strålning.

Varför beror energitätheten och den spektrala sammansättningen av jämviktsstrålningen som fyller kaviteten endast på temperaturen? Varför kan inte dessa mängder bero på egenskaperna hos kropparna i kaviteten och på materialet i dess väggar?

Varför har strålningen som kommer ut från hålet i kaviteten, även om den inte är i jämvikt, ändå samma spektrala sammansättning som jämviktsstrålningen inuti kaviteten? Trots allt har gasmolekyler som flyger ut genom ett hål i kärlets vägg i genomsnitt mer energi än molekylerna i kärlet.

Varför, när vi tittar genom hålet in i den glödheta ugnen, ser vi inte de tydliga konturerna av föremålen som finns där?

Varför kan strålning i en kavitet, det vill säga alla fotoner som finns där, betraktas som en idealgas?

Varför är interaktionen mellan fotoner och materia nödvändig för att upprätta termodynamisk jämvikt i en gas av fotoner?

Hur beror koncentrationen av fotoner i jämviktsstrålning på temperaturen?

Hur kan man, med hjälp av dimensionella överväganden, visa att energin från termisk strålning som sänds ut av en kropp är proportionell mot fjärde potensen av kroppens termodynamiska temperatur?

Om all energi som kommer till jorden från solen i slutändan strålar ut i rymden, vad är då meningen med påståendet att solen ger liv åt allt som finns på jorden?

Man har experimentellt funnit att värmestrålning från en uppvärmd kropp attraherar – och inte stöter bort! - närliggande atomer. Även om fenomenet är baserat på atomfysikens välkända effekter gick det obemärkt förbi under lång tid och förutspåddes teoretiskt för bara fyra år sedan.

Förskjutning av energinivåer på grund av termisk strålning

Dök nyligen upp i arkivet för elektroniska förtryck, rapporterade experimentell bekräftelse på att värmestrålning från en het kropp kan locka närliggande atomer till kroppen. Effekten ser vid första anblicken onaturlig ut. Termisk strålning som sänds ut av en uppvärmd kropp flyger bort från källan - så varför kan den orsaka kraft attraktion?!

Visa kommentarer (182)

Komprimera kommentarer (182)

I diskussionen postuleras, som nästan alltid nu, en version av "förklaringen". Faktum är att dess tillämplighet måste styrkas.
Igor! Du är en mycket bra person. I mer än ett år har du rullat stenen för ditt uppdrag.
Vad är gravitation? Har dess mekaniska övervägande åter blivit vetenskapligt?
I det beskrivna experimentet registrerades en förändring i tröghet.
Resten är från den onde, eller hur?
Tankegången om tavlan på vågorna är mycket intressant. (Jag är själv från den förra).
Ändå kan det finnas olika enkla effekter. Till exempel rörelse mot sänkning av botten. I denna situation kan varje efterföljande våg vara något lägre och fortfarande ha en vertikal komponent.

Jag undrar om att lägga till nanorör till asfalt inte har något att göra med topologipremie?
Inte?
Vågor ritas inte på EM-planet?
Jo, ja, ... ja.
Och återigen är dessa virvelvindar på Descartes nivå

Svar

Huvudvärdet av denna artikel är att den förstör vissa stereotyper och får dig att tänka, vilket bidrar till utvecklingen av kreativt tänkande. Jag är väldigt glad att det har börjat dyka upp sådana artiklar här.

Man kan fantisera lite. Om vi ​​ytterligare minskar kroppens (objektets) energi, inklusive energin från inre interaktioner i elementarpartiklar, kommer objektets energi att bli negativ. Ett sådant föremål kommer att drivas av vanlig gravitation och kommer att ha egenskapen antigravitation. Enligt min åsikt har det moderna vakuumet i vår värld inte en absolut nollenergi - eftersom det är en välstrukturerad miljö, i motsats till absolut kaos. Det är bara det att nivån av vakuumenergi i energiskalan tas lika med noll. Därför kan det finnas en energinivå som är lägre än vakuumenerginivån - det finns inget mystiskt med detta.

Svar

"För att återgå till den ursprungliga teoretiska artikeln från 2013, nämner vi den potentiella betydelsen av denna effekt inte bara för atomexperiment, utan också för kosmiska fenomen. Författarna ansåg att krafterna verkar inuti ett dammmoln med en densitet på 1 g/cm3, uppvärmt till 300 K och består av partiklar med en storlek på 5 mikron."
Finns det ett fel här? Dammmolnets densitet är för hög, som för det övre lagret av regolit.
Och av själva fenomenet: och om vi tar en mer icke-trivial version av problemet - verkan av termisk strålning på en icke-polariserbar partikel, till exempel en elektron. Vart ska styrkan riktas? Värmaren är 100% dielektrisk.

Svar

• Ja, detta är en hög densitet, på gränsen till agglomerering av dammpartiklar.

  En isolerad elektron har inga energinivåer, den har inget att sänka. Tja, den har inte ett dipolmoment, inom gränserna för fel (det finns en länk i texten till sökningen efter elektronen EDM). Därför verkar inte denna kraft på honom. Dessutom är den laddad, fotoner är väl utspridda på den, så i allmänhet kommer den helt enkelt att stötas bort på grund av tryck.

  Svar

Det bortre IR-spektrumet är bekvämt eftersom fotonenergierna fortfarande är små, så alla krav är uppfyllda. Lägre temperaturer är också lämpliga, men där är effekten redan mycket svag. Vid temperaturer på tusentals grader är spridningen av fotoner redan mycket starkare, och det avbryter denna effekt.

Svar

• Jag pratar inte om en upphettad kropp. Och om andra sändare och spektra.
  Allt vi diskuterar här är vågeffekter. Så de kan inte begränsas till endast IR.
  Förstår jag rätt att det, beroende på partikelstorleken, är nödvändigt att välja rätt våglängd?
  För tunga atomer eller väteatomer, behöver du välja din frekvens så att attraktionen är maximal?

  Nu snurrar en häftig idé i mitt huvud hur man kollar det till exempel på vågorna i poolen eller havet.
  De där. gör en mekanisk leksak som simmar mot vågorna.
  Vad tror du om denna möjlighet?

  Svar

  • 1) Våglängden måste vara betydligt större än partikelstorleken.
    2) Systemet i sig bör inte interagera med en yttre påverkan som helhet, interaktionen utförs endast på grund av inducerad polarisering.
    3) Det måste finnas ett diskret spektrum av excitationer, och fotonenergierna måste vara betydligt mindre än avstånden mellan nivåerna, annars kommer vågorna lätt att spridas och därigenom utöva tryck. När dessa villkor är uppfyllda beror effekten inte längre på våglängden.
    4) Kraften måste vara vektor, inte skalär, för att sänka systemets energi.

    Tänk dig nu om detta kan implementeras för vågor på vattnet.

    Svar

    • En del av denna effekt ser jag väl i den verkliga världen. Jag älskar yachtracing. Och mästare i sport inom yachting vinner regattor just på grund av förmågan att gå korrekt mot vågen. De där. om allt görs korrekt, ger de mötande vågorna yachten ytterligare energi.
      I själva verket är detta en paradox. Men han syns väl i loppen. Så fort vågorna stiger sker "kvantisering" av färdighetsnivåer omedelbart)) Amatörer saktar ner, medan proffsen tvärtom får en ytterligare fördel.

      Så en sådan leksak är ganska verklig.
      Jag ställde upp min yacht så att den gick utan kontroll och eventuella störningar mot vinden och mot vågorna utan problem.
      Om du gräver djupare så är det denna inställning som ger maximal fördel.

      Låt oss bara säga, om du föreställer dig en punktkälla med stark vind mitt i sjön, så kommer min yacht att ta hand om det och gå i cirklar till oändligheten ...
      mycket vacker och verklig analogi, till exempel jordens rörelse runt solen)))
      och det verkar som om det finns en viss kraft som drar yachten till vindens källa.

      Förresten kan du lägga problemet på elementen och uppskatta, till exempel, det minsta avståndet vid vilket yachten kan närma sig vindens källa.

      Låt mig påminna dig om att en segelyacht seglar mot vinden med stift, som beskriver sken av en sinusform. Hon vänder sig bara genom näsan. Om den vänds, försvinner magin och den går tillbaka med vinden.

      Svar

      Jag tror att du är lite förvirrad. Det finns inga liknande effekter vid häftning. Det finns en komplex summa av väldefinierade krafter som ger en nettokraft som har en negativ projektion som inte är noll längs vindriktningsaxeln.

      Svar

  • Vid första anblicken, långt ... för det är vågor och vind. Men på exemplet med en yacht fungerar allt. Om den är balanserad, tenderar den till vindens källa med stift. Du bara sitter och njuter av processens fysik medan du dricker konjak. Det är särskilt coolt att observera accelerationsmomenten och dynamiken i processen vid olika punkter i banan. Händerna nådde inte sanningen för att utvärdera den ungefärliga funktionen som beskriver banan.

    Vi byggde liknande partikelmodeller och körde dem på datorn.

    Jag föreslår ett annat experiment.
    Vi tar bollar eller bollar av olika storlekar och sätter in vibratorer med en anpassningsbar frekvens.
    Vi kastar dem på en slät vattenyta och observerar effekten av vågattraktion eller avstötning. Vindstilla. Endast på grund av vibrationer och störningar av vågor på vattnet. Du behöver bara ta upp frekvensen. Stående vågor och resonans kommer att göra sitt jobb))
    Jag tror jag har sett den här videon någonstans.

    Svar

    • Jag tror inte att vågorna har med det att göra. Och fysiken är annorlunda. Det är som jetframdrivning, som verkar vinkelrätt mot vindens riktning på grund av seglet (seglet vänder vinden). Samtidigt, om yachten vänds lite mot vinden, så går den dit, eftersom. vattnets motstånd i denna riktning kommer att vara mindre än den direkta driften av yachten av vinden. Jag önskar dig en god vila och mer konjak!

      Svar

      • Det finns naturligtvis ingen jet-kraft. Snarare är din idé tydlig, men detta är inte den korrekta definitionen.
        På samma sätt, säg att ett segelflygplan som flyger på grund av luftströmmar skapar jet thrust.
        Segel mot vinden fungerar som en flygplansvinge.
        Sjömannens skicklighet påverkar hur han sätter seglen och ger den den mest effektiva formen för att generera kraft. Allt där är inte särskilt trivialt. Ibland är en förskjutning på 1 cm av plåten (repet) kritisk. Till en början gjorde jag till och med hack för att hänga med i det allmänna företaget.

        När det gäller fysik.
        Det finns inga vanliga vågor utan vind. På denna idé tog min kollega sin doktorsexamen i fysik. Jag fick även en bit läkarkorv som arbetshäst för programmering av modellen och optimering. Men arbetet var intressant.
        Analogin är följande. I början av vindutforskning och segling fanns det bara en väg att gå - att gå med vinden. Med sidovind utan köl har fartyget en enorm drift. Det är härifrån uttrycket "vänta på en lagom vind".
        Men så dök kölen och triangulära segel upp och det visade sig gå mot vinden med stift.

        Detsamma gäller för solsegling. De där. du kan gå inte bara med vinden, utan också med stift för att gå till en strålningskälla, till exempel en stjärna.
        Häftigt?

        Svar

      • I den verkliga världen finns)) Och frågan är vad är kölen. Men allt detta är patenterat eller stängt av NDA och jag har inte ens rätt att tala och tipsa om specifika lösningar.
        Men analogier kan diskuteras öppet.
        Lös detta pussel och njut. Du kommer inte att tjäna pengar.
        En yacht med köl och segel är ett system på en plan yta med vibrationer i den 3:e dimensionen. Hon använder 2 miljöer.
        När vi rör oss ut i rymden är allt detsamma men plus en dimension.
        Om du är bekant med TRIZ (teorin om uppfinningsrik problemlösning), så finns det tydliga metoder för att lösa sådana problem. Det finns snarare tips på hur man kan tänka.

        Svar

        • Med en tacklingsyacht är allt banalt: yachten får rörelseenergi i vinden (seglen "öppnas"), när den rör sig mot, på grund av interaktion med den redan vattenmiljön, vänder den mot vinden (seglet placeras sedan mot vinden). i läget med minsta vindmotstånd). Efter det kan yachten faktiskt färdas mycket längre än vid accelerationsstadiet, och gradvis förlora kinetisk energi till friktion (i flytande helium skulle man kunna köra åtminstone till oändligheten). Således, i din uppgift, gäller den enda frågan hur man använder ett medvetet hopfällt (eller placerat kant mot solen) segel. Naturligtvis finns det många alternativ: planetens gravitationsfält, det magnetiska (eller elektromagnetiska) fältet från en extern källa, etc., etc., men tyvärr kräver de alla någon form av extern källa. Om du har det för att lösa en specifik navigeringsuppgift, flyg. Om inte... Du kommer inte att ta emot det av krafterna från själva installationen. Lagen om bevarande av momentum, för fan))

          Svar

          • För att gå mot vinden behöver yachten inte gå med vinden. Alla tävlingsstarter är mot vinden.
            Jag upprepar att ett triangulärt segel är en flygplansvinge med en lyftkraft riktad i vinkel mot båtens skrov. Och projektionen är tillräckligt stark för att gå i en vinkel på 30 grader mot vinden. Om du sätter yachten ännu vassare, så saktar motvinden redan ner den och seglet börjar svänga och förlorar sin aerodynamiska form. Och de som bättre känner denna gräns vinner loppet.
            Det är inte kul att åka i vinden.

            Svar

Och här är ett enkelt experiment om vårt ämne. Kan du förklara?


Vad gör en krökt bana snabbare än en rak linje?

Det är uppenbart att om vi observerar detta på vår skala, så kommer det att vara exakt likadant i kvantvärlden. Och i makrovärlden också.

Svar

• Banala skolproblem i fysik. Vi förenklar modellen till en rätlinjig bana med en liten vinkel mot horisontalplanet - och en bana i form av en linje med ett brott, där den första sektionen lutar mycket starkare mot horisonten och den andra har en ännu mindre sluttning än den första banan. Början och slutet av banorna är desamma. Låt oss ignorera friktionen. Och vi beräknar ankomsttiden till "slut" för lasten på ena och andra hållet. 2:a z-n N. (åttondeklassare vet vad det är) kommer att ge att tiden för ankomst till mållinjen på den andra banan är mindre. Om du nu slutför problemet med den andra delen av installationen, som representerar en spegelbild i förhållande till vertikalen i slutet av banan, något runt kanterna, så får du ditt eget fall. Banalitet. Nivå "C" vid tentamen i fysik. Inte ens en olympiaduppgift sett till komplexitet

  Svar

  • Jag gillar din förenklade idé. Kanske kommer detta att hjälpa barnen. Ge mig tid att tänka och försök prata med tonåringar.

    Och om utan förenkling och allt är så banalt, vilken form av banan är då den snabbaste?

    Svar

"Vid temperaturer på tusentals grader är spridningen av fotoner redan mycket starkare, och det avbryter denna effekt."...

Det är allt!!!
Förmodligen fungerar denna effekt inom ett begränsat område och motsvarande typer av energiinteraktioner. "Frekvensspridning" och den dynamik som motsvarar den - råder i gränszonerna. Volodya Lisin försökte gräva fram några av nyanserna i dessa processer 1991, men
klarade sig förmodligen inte. (Jag kunde bara inte komma fram till honom.). Enligt min åsikt avtar denna effekt när temperaturgradienterna och (intensiteten av konvektionsströmmar) minskar i den analyserade zonen.
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
Århundraden har flugit förbi, men utan mirakel... - "varken här eller där": (Film 7. Värme och temperatur)
https://www.youtube.com/watch?v=FR45i5WXGL8&index=7& list=PLgQC7tmTSjqTEDDVkR38piZvD14Kde
rYw

Svar

Rolig effekt. Det kan belysa problemet med det första grammet i bildningen av planeter – hur mikroskopiskt damm kan hålla ihop i ett gas-dammmoln. Så länge som en atom, säg, av väte, är långt från partiklarna, är den praktiskt taget i isotrop värmestrålning. Men om två dammpartiklar oavsiktligt närmar sig det, då de interagerar med atomen med sin strålning, kommer de att få en impuls till varandra! Kraften är många gånger större än gravitationskraften.

Svar

• För att klibba av dammpartiklar är det inte nödvändigt att stängsla en sådan cool fysik. Men hur är det med "dammpartiklar", vi förstår alla att vi med största sannolikhet talar om H2O, som den huvudsakliga fasta komponenten i många moln? Föreningar av kol med väte är extremt flyktiga (upp till pentan), jag ska inte säga något om ammoniak alls, andra ämnen än H, He, C, N, O är i minoritet, det finns också få förhoppningar om komplexa organiska ämnen . Så det fasta materialet kommer till största delen att vara vatten. Det är troligt att i riktiga gasmoln rör sig issnöflingor ganska kaotiskt och relativt snabbt, det tror jag med hastigheter på minst centimeter per sekund. En sådan effekt, som i artikeln, kommer helt enkelt inte att skapa en sådan potential för snöflingor att kollidera - de karakteristiska relativa hastigheterna för snöflingor är för höga och snöflingor passerar genom varandras potentiella hål på en bråkdel av en sekund. Men det spelar ingen roll. Snöflingor kolliderar redan ofta och tappar, rent mekaniskt, energi på detta. Vid något tillfälle kommer de att hålla ihop på grund av molekylära krafter i kontaktögonblicket och förbli ihop, så att det bildas snöflingor. Här, för att rulla ihop små och mycket lösa snöbollar, behövs varken termisk eller gravitationell attraktion – endast gradvis blandning av molnet krävs.

  Jag anser också att beräkningen i artikeln har ett grovt fel. Den parvisa attraktionen av dammkorn togs med i beräkningen. Men dammet i ett tätt moln är ogenomskinligt och ger jämn värme från alla håll, d.v.s. vi har en dammfläck inuti en varm ihålig kammare. Och varför skulle hon flyga in i området för närmaste pollen? De där. för att attraktion ska fungera behövs kallt utrymme, och i ett tätt moln syns det inte, vilket betyder att det inte finns någon termisk gradient.

  Svar

  • >Jag anser också att beräkningen i artikeln har ett grovt fel. Den parvisa attraktionen av dammkorn togs med i beräkningen. Men dammet i ett tätt moln är ogenomskinligt och ger jämn värme från alla håll, d.v.s. vi har en dammfläck inuti en varm ihålig kammare.

    Här håller jag inte med. Här kan vi dra en analogi med plasma. I approximationen av en idealisk kollisionsfri plasma är allt ungefär som du säger: det genomsnittliga fältet beaktas, vilket, i frånvaro av externa laddningar och strömmar, är lika med noll - bidragen från laddade partiklar kompenserar varandra fullständigt. Ändå, när vi börjar överväga enskilda joner, visar det sig att påverkan från de närmaste grannarna fortfarande finns, och det måste tas med i beräkningen (vilket görs genom Landau-kollisionsintegralen). Det karakteristiska avståndet bortom vilket man kan glömma parvis interaktion är Debye-radien.

    För den interaktion som övervägs tror jag att en liknande parameter kommer att vara oändlig: integralen av 1/r^2 konvergerar. För ett rigoröst bevis skulle det vara nödvändigt att konstruera en kinetisk ekvation för "dimman" av droppar med en sådan interaktion. Tja, eller använd Boltzmann-ekvationen: spridningstvärsnittet är ändligt, vilket betyder att du inte behöver vara så sofistikerad, som i ett plasma, genom att introducera ett medelfält.

    Tja, tänkte jag, en intressant idé för en artikel, men allt är trivialt. :(

    Och i artikeln som diskuterades handlade de väldigt enkelt: de uppskattade den totala potentiella energin för ett sfäriskt moln av mikropartiklar med en Gaussisk fördelning. Det finns en färdig formel för gravitation, för denna interaktion (på asymptotikerna r>>R) beräknade de den. Och det visade sig att det finns ett märkbart område där tyngdkraftens bidrag är mycket mindre.

    Svar

    • > För den interaktion som övervägs tror jag att en liknande parameter kommer att vara oändlig

      Kanske noll? Generellt sett förstod jag inte riktigt ditt inlägg, det finns ett överflöd av matematik i det som jag inte vet när det är lättare - för att ha en obalanserad kraft behöver du en strålningsdensitetsgradient, när det inte finns någon gradient , anser att det inte finns någon kraft, eftersom det är likadant åt alla håll.

      > Och det visade sig att det finns ett märkbart område där tyngdkraftens bidrag är mycket mindre.

      Kan du inte vara lite mer specifik? Jag förstår inte riktigt hur den här effekten kan hjälpa till att bilda någonting i rymden för att göra någon skillnad. För mig är detta ett värdelöst värde. Det är som att bevisa att effekten är mer än 100500 gånger starkare än gravitationsväxelverkan mellan angränsande atomer i Jupiters atmosfär – jag håller med, men det beror bara på att gravitationsväxelverkan mellan enskilda dammpartiklar generellt sett inte alls är intressant. Men gravitationen är åtminstone inte avskärmad.

      Effekten tror jag ökar i närområdet när avståndet närmar sig 0, men detta är redan en beskrivning av hur exakt dammkornen kolliderar om de redan har kolliderat.

      PS: potentialen för en dammpartikel i termisk strålning, som jag förstår det, beror inte på molnets storlek i storleksordning - denna potential beror bara på strålningsdensiteten, d.v.s. på molnets temperatur och opacitetsgrad. Opacitetsgraden i storleksordning kan tas som 1. Det visar sig att oavsett vilken typ av moln vi har så är det bara medeltemperaturen runt omkring som är viktig. Hur stor är denna potential om den uttrycks i termer av kinetisk energi m/s? (Jag kan och kan beräkna, men det kanske finns en färdig lösning?) Dessutom, om molnet är ogenomskinligt, kommer potentialen för molnet som helhet att vara en funktion av molnets yta. Märkligt nog fick vi samma ytspänning, men på ett lite annorlunda sätt. Och inuti molnet kommer dammet att vara fritt.

      Svar

Du öppnar artikeln från 2013, titta, det är inte svårt där, allt beskrivs där på vanligt mänskligt språk.

Som illustration tog de ett moln med en ändlig radie på 300 meter och substituerade dumt med siffror i formlerna för situationen i och utanför molnet. Den huvudsakliga observationen är att även utanför, på ett avstånd av nästan en kilometer från centrum, är den termiska attraktionen fortfarande starkare än gravitationsattraktionen. Detta är bara för att få en känsla för effektens omfattning. De erkänner att den verkliga situationen är mycket mer komplex och måste modelleras noggrant.

Svar

Dammet representeras huvudsakligen (vid 400°K) av olivin-, sot- och kiselpartiklar. De "rökas" av röda superjättar.
Dammpartiklar omvandlar kinetisk energi till termisk energi. Och de interagerar inte med varandra, utan med närliggande atomer eller molekyler som är genomskinliga för strålning. Eftersom r är kubad, drar dammpartiklarna som är en millimeter, en centimeter bort från ATOM var och en mot sig själva, och en resulterande kraft uppstår som för samman dammpartiklarna. Samtidigt ignoreras dammpartiklar i en mätare på grund av en minskning av interaktionskraften med miljarder (eller till och med biljoner) gånger.

Svar

"Denna strålning divergerar i alla riktningar, så dess energitäthet minskar med avståndet som 1/r2. En atom, som är i närheten, känner denna strålning - eftersom den sänker sin energi. Och eftersom atomen försöker sänka sin interaktionsenergi så mycket som möjligt, är det energetiskt fördelaktigt för den att närma sig bollen - trots allt är minskningen av energi mest betydande där!"
Men, ursäkta mig, om en atom rusar mot en uppvärmd boll, kommer den inte att sänka sin energi på något sätt, utan tvärtom, bara öka den. Jag tror inte att detta är den korrekta förklaringen.

Svar

Här kom jag på ett problem. Låt det finnas en termiskt stabiliserad kammare som består av två svarta halvklot med olika radier, orienterade i olika riktningar, och en ytterligare platt ring. Låt den vänstra hjärnhalvan ha en mindre radie än den högra, en platt skiljevägg gör kammarområdet stängt. Låt atomen vara i centrum av krökningen av var och en av de två halvkloten och vara orörlig. Låt hemisfärerna vara varma. Frågan är - kommer atomen att uppleva en termisk kraft i någon av riktningarna?

Här ser jag 2 lösningar: 1) termisk jämvikt kommer snabbt att uppstå i en sådan kammare, d.v.s. strålningsdensiteten kommer att vara densamma från alla sidor, och densamma vid vilken punkt som helst i kammaren. Om tätheten av termisk strålning i kammaren inte beror på den valda punkten, förändras inte potentialen för interaktion med strålning, och därför finns det ingen kraft.
2) Fel beslut. Vi delar upp väggen i ytelement med lika yta och integrerar atomens interaktionskraft med ytelementet. Det visar sig att den platta ringen ger ett nollbidrag, och den närmare vänstra ytan har kvadratiskt färre punkter, som var och en drar en kub gånger starkare - d.v.s. ett dammkorn flyger till närmaste yta, d.v.s. vänster.

Som du kan se är svaret ett helt annat.

Förklaring av motsägelsen. Om vi ​​har ett strålande element av en icke-sfärisk form, så lyser det inte lika i alla riktningar. Som ett resultat har vi en strålningsdensitetsgradient, vars riktning inte är riktad mot sändaren. Då får vi det här - att bryta en komplex yta i punkter, och att betrakta dem som RUNDA dammfläckar blir helt felaktigt.

Svar

Här kom ett ännu mer intressant problem att tänka på. Låt oss ha en värmesändare i form av en platt svart ring, vars yttre och inre radier är lika med R och r. Och exakt på ringens axel, på ett avstånd är h en atom. Räkna h<

Lösning 1 (fel!). Bryt ringen i "motes", ta sedan integralen av atomens attraktionskraft och elementen i ringen över ytan. Beräkningen är inte intressant, eftersom på ett eller annat sätt får vi att atomen dras in i ringen.
Lösning 2. Ringen kan inte lysa från änden eller så lyser den försvinnande lite, d.v.s. energipotentialen för atomen vid punkterna i ringens plan blir 0 (potentiellt maximum). Strålningen från ringen kommer att vara icke-noll vid punkter vars höjd h över ringens plan skiljer sig från 0, vid dessa punkter kommer det att finnas en icke-noll potential (mindre än 0). De där. vi har en strålningsdensitetsgradient, som lokalt (för h~=0, h<

Det verkar för mig att lösning 1 innehåller ett fel, jag verkar förstå var, men jag kan inte förklara med enkla ord.

Denna uppgift visar detta. Atomen attraheras inte av det värmeutstrålande föremålet, d.v.s. kraftvektorn är inte riktad mot den strålande ytan. Det spelar ingen roll för oss VAR strålningen kommer ifrån, det är viktigt för oss HUR MYCKET strålning är vid en viss punkt och vad är strålningsdensitetsgradienten. Atomen går i riktning mot strålningsdensitetsgradienten, och denna gradient kan riktas till och med till det halvplan där det inte finns en enda punkt för emittern.

Uppgift 3. Samma ring som i punkt 2, men atomen är initialt i punkten h=0. Detta tillstånd är balanserat och symmetriskt, men instabilt. Lösningen är spontan symmetribrytning. Atomen kommer att tryckas ut från positionen för symmetricentrum, eftersom den är instabil.

Jag är också uppmärksam - det är inte nödvändigt att ersätta molnet med att locka dammpartiklar. Det kommer att bli dåligt. Om 3 dammpartiklar står på en rak linje och skuggar varandra något, kommer symmetrin spontant att brytas, detta är inte i gravitationskrafter, eftersom gravitationen är inte avskärmad.

Svar

Jag har en fråga (inte bara till Igor, utan till alla). Hur kommer potentiell energi in i systemets gravitationsmassa? Jag vill reda ut den här frågan. Till exempel består universum av dammkorn jämnt fördelade i rymden, som gravitationsmässigt interagerar med varandra. Det är uppenbart att ett sådant system har en stor potentiell energi, eftersom det finns ett tillstånd i systemet där dessa stoftkorn är koncentrerade till galaxer, som var och en har en lägre potentiell energi i jämförelse med de stoftkorn som är utspridda över rymden. de är sammansatta. Den specifika frågan är följande - går den potentiella energin i detta system in i universums gravitationsmassa?
Det verkar för mig att denna fråga är relaterad till ämnet som PavelS tog upp. I ett oändligt universum är det omöjligt att peka ut en sfär som omfattar det. Och inuti vilken annan sfär som helst, till exempel som omger en galax, påverkar gravitationspotentialen som skapas av materia bakom sfären (belägen på stora skalor nästan likformigt i rymden) inte beteendet hos kroppar inuti denna sfär. Därför är det möjligt att tala om inträdet av potentiell energi i gravitationsmassan endast i förhållande till lokala inhomogeniteter i materiens fördelning.

Svar

• Jag tog inte upp den här frågan. :) Det verkade också för mig att universums expansion, med hänsyn till mörk energi och fotoners rodnad, bryter mot lagen om energibevarande, men med en stark önskan kan du komma ut och säga att den totala energin av universum är fortfarande 0, eftersom ämnet finns i en potentiell brunn, och ju mer substans, desto djupare är brunnen. För det jag köpte, för det säljer jag – själv är jag inte stark i detaljer.

  Om potentiell energi anses den vanligtvis vara mindre än noll. De där. fria partiklar är noll, bundna är redan mindre än 0. Så den negativa potentiella energin fungerar som en negativ massa (massdefekt) - systemets massa är mindre än massan av de enskilda komponenterna. Till exempel, under kollapsen av en supernova, går den potentiella energin in i ett stort minus, och skillnaden i massor av vad som var och vad som har blivit kan stråla utåt i form av fotoner (snarare inte fotoner, utan neutriner faktiskt ).

  Svar

  • Artikeln diskuterar manifestationerna av potentiell energi i systemet. Om det finns en potentiell gradient av denna energi i systemet, så uppstår en kraft. Du märkte helt riktigt att det under vissa förhållanden inte finns någon gradient, på grund av fullständig symmetri (atomen är inne i sfären). Jag fortsatte analogin i förhållande till universum, där det som helhet inte finns någon potentiell gravitationsenergigradient. Det finns bara lokala manifestationer.

    Det finns ett påstående om att materiens massa huvudsakligen består av den kinetiska energin hos kvarkar och gluoner plus en liten partikel på grund av Higgsfältet. Om vi ​​antar att negativ potentiell energi också blandas i denna massa, så är detta påstående inte sant.

    Protonmassan är 938 MeV. Den totala massan av kvarkar, som fysiker definierar det, är ungefär 9,4 MeV. Det finns ingen massdefekt här. Jag vill förstå att potentiell energi på något sätt tas med i beräkningen av den allmänna relativitetsteorin, som en massgenerator eller inte. Eller så finns det bara energi - vilket är summan av kinetisk energi och potential.

    "Till exempel, under kollapsen av en supernova går den potentiella energin in i ett stort minus, och skillnaden i massorna av det som var och blev kan strålas utåt i form av fotoner (snarare inte fotoner, utan faktiskt neutriner) .”

    Så vad - ett hål från det faktum att ämnet som kom in i det och är i en djup potential brunn inte blir lättare, kanske av mängden energimassa - ämnet som det returnerade tillbaka.

    Svar

    • "om inte av storleken på massan av energi - ämnet som hon returnerade tillbaka"

      Detta "om inte" kan vara godtyckligt stort. Så efter att ha kastat av ett kilogram i ett svart hål blir det mindre än 1 kg mer massivt. I praktiken emitteras upp till 30 % av den infallande massan av en accretionskiva i form av röntgenstrålar, men antalet infallande protoner minskar inte. Det är inte ett ämne som avges utan röntgenstrålar. Röntgen brukar inte kallas för begreppet substans.

      Läs nyheterna om kollisionen av två svarta hål, så även där är resultatet märkbart sämre än de ursprungliga hålen totalt.

      Till sist är frågan VAR är du med dina vikter. I vilken referensram och vid vilken tidpunkt? Mätmetoden är allt. Beroende på detta avser du en annan massa, men denna IMHO är mer en terminologisk fråga. Om en atom finns inuti en neutronstjärna kan du inte mäta dess massa annat än genom att jämföra den med en närliggande testkropp i närheten. I detta avseende minskar inte en atoms massa när den faller i en brunn, men massan av det totala systemet är inte lika med summan av komponenternas massor. Jag tror att detta är den mest korrekta terminologin. I detta fall mäts systemets massa alltid i förhållande till en observatör utanför detta system.

      Svar

      • Termen "värdet av massan av energi - materia" betyder här "värdet av massan av energi och massan av materia." Röntgenstrålar har en vilomassa när de är instängda i en låda med speglar eller i ett svart hål. Gravitationsvågor bär också energi, och måste beaktas i massgeneratorn i allmän relativitetsteori. Jag ber om ursäkt för den felaktiga formuleringen.

        Även om, som jag vet, det praktiskt taget stationära gravitationsfältet i allmän relativitet inte beaktas som en del av massan. Därför bör den potentiella energin i fältet inte heller beaktas. Dessutom är potentiell energi alltid relativ. Eller har jag fel? I detta sammanhang är påståendet att universums massa är 0 på grund av gravitationsfältets negativa energi (och massa) nonsens.

        I exemplet med det svarta hålet, om vi antar att i processen att falla ner i hålet, till exempel ett kilo potatis, flög ingenting tillbaka, tror jag att det svarta hålet ökar sin massa med detta kilogram. Om potatisens potentiella energi inte beaktas i massans sammansättning, är aritmetiken som följer. När potatisen faller i ett hål får den en stor kinetisk energi. På grund av vilket, om du tittar utanför hålet, ökar den sin massa. Men samtidigt, sett från utsidan, saktar alla processer i potatisen ner. Om vi ​​gör en korrigering för tidsutvidgning, kommer massan av potatisen inte att förändras när man tittar på den från ett externt referenssystem. Ett svart hål kommer att öka sin massa med exakt 1 kilogram.

        Svar

"Till exempel består universum av dammkorn jämnt fördelade i rymden, som gravitationsmässigt interagerar med varandra."

Din modell är redan motsägelsefull och saknar kontakt med verkligheten. Du kan komma med en massa sådana exempel och varje gång dra några slutsatser.
Och ordningsfaktorn i ditt system kommer att vara entropi. Och den potentiella energin kommer inte att ge dig några intressanta resultat, eftersom den är relativ till den valda referenspunkten och observatören.

I den verkliga världen är en liknande modell en kristall. I den är atomer jämnt fördelade i rymden och interagerar med varandra.
Rätta mig om jag har fel.

Svar

• "Din modell är redan inkonsekvent och saknar kontakt med verkligheten."

  När det gäller inkonsekvens måste detta bevisas. I förhållande till verkligheten – kanske. Detta är en hypotetisk modell. Det är något förenklat för bättre förståelse.

  "Och entropi kommer att vara ordningsfaktorn i ditt system..."

  Jag håller med.

  Svar

  • Om du gillar vågfysikteorier och gillar att modellera dem, försök sedan förklara denna effekt i vårt fantastiska universum.
    Det visar sig på alla skalor.
    https://cs8.pikabu.ru/post_img/2017/01/30/0/1485724248159285 31.webm

    Jag postade detta för AI ovan också. Det ska bli intressant att se hans motivering också.

    Svar

    Förlåt för att jag är direkt, men det här är en banal mekanik för det första året på universitetet. Fenomenet i sig bör dock vara tydligt även för en stark elev. Förstår, jag kan inte slösa tid på godtyckliga förfrågningar. I allmänhet är det bättre att hålla sig till ämnet för nyheterna i kommentarerna till nyheterna.

    Svar

    • • Tror du på allvar att fysik handlar om att lista alla möjliga problem och en lista med lösningar på dem? Och att en fysiker, som ser ett problem, öppnar denna magiska lista, letar efter problemet nummer en miljon i den och läser svaret? Nej, att förstå fysik är att se ett fenomen, att förstå det, att skriva formler som beskriver det.

        När jag säger att det här är en banal förstaårsfysik betyder det att en student på fysikavdelningen efter en normal kurs i mekanik kan lösa det på egen hand. En normal elev letar inte efter en lösning, han löser problemet själv.

        Ursäkta avvisandet, men denna vanliga attityd är väldigt deprimerande. Detta är grunden för de flesta människors missuppfattning om vad och hur vetenskapen gör i allmänhet.

        Svar

        • Jag håller absolut med dig. Det finns inget större nöje än att lösa problemet själv. Det är som en drog
          Jag ställde bara en vänlig fråga.
          Jag har en genomsnittlig nivå i allmänhet på att lösa problem i fysik. På All-Union Physics Olympiads var jag i mitten. Men i programmering och modellering visade det sig klättra högre. men här finns ett annat sätt att tänka på.

          Svar

          • • Jag kan inte tydligt formulera essensen av detta fenomen i enkla ord. (någon form av stupor i huvudet). Det är essensen. Att överföra det till en annan modell och även att förklara för skolbarn.

              
              Detta experiment kan betraktas som en signalpassage. Och på en krökt bana passerar den snabbare.
              Var kommer denna tidsvinst ifrån?
              Det är uppenbart att banans form också påverkar denna fördröjning. Om du gör mycket djupa hål kommer bollen helt enkelt inte att övervinna hålet och förlora energi på luftmotstånd i höga hastigheter.

              Om vi ​​sätter uppgiften som att bestämma den optimala formen för banan, så verkar uppgiften upphöra att vara en skolform. Vi kommer redan in på många olika funktioner och former av banan.

              Kan du ta det här problemet till elementen? Det verkar som om många skulle vara användbara att döma av människors reaktion. Och denna uppgift speglar verkligheten väl.

              Svar

              • Ärligt talat förstår jag inte hur man, när man deltar i All-Union Olympiads, inte ser detta fenomen. Speciellt i kombination med det faktum att du enligt dig inte tydligt kan formulera essensen av detta fenomen.

                Förstår du att tiden det tar att genomföra en bana inte bara beror på dess längd, utan också på dess hastighet? Förstår du att på botten är hastigheten högre än på toppen? Kan du kombinera dessa två fakta till en allmän förståelse för att en längre bana inte nödvändigtvis betyder mer tid? Allt beror på ökningen i hastighet med ökande längd.

                Det räcker med att förstå detta fenomen för att sluta bli förvånad över effekten. Och en specifik beräkning för en godtycklig bana kommer redan att kräva en noggrann registrering av integralen (och det är här 1 kurs av universitetet behövs). Där kommer det naturligtvis att vara olika för olika banor, men det kan visas att för en tillräckligt _plat_ bana av vilken form som helst, som går strikt under den räta linjen, kommer restiden alltid att vara kortare.

                > Jag har roligt nu med teorin om tid.

                Detta är en mycket farlig formulering. Så farligt att jag proaktivt ber dig att inte skriva något om sådana ämnen i kommentarerna på elementen. Tack för att du förstår.

                Svar

                • Jag ser detta fenomen, jag förstår det, och jag kan ta integralen över vilken form som helst av banan och enkelt skriva ett program för beräkningen.
                  Men när jag går med tonåringar till experimentarium och förklarar för dem i enkla ordalag hur allt fungerar, då är det på detta fenomen jag misslyckas. Kanske är det åldern.)
                  Och färdigheten att snabbt och enkelt se det slutgiltiga svaret försvinner om du inte tränar hela tiden. Förmodligen som i sport. Vid 40 är det svårt att snurra på den horisontella stången som i din ungdom ... och göra volter)))

                  Jag trodde aldrig att diskussionen om Tid är tabu))). Speciellt eftersom det är grunden. När jag läste Hawking och såg hur de populariserade dessa idéer, var jag säker på att de fångar världsforskarnas sinnen.
                  Du kanske missförstod mig?

                  Men det här är bara en konversation... och självklart tänker jag inte bryta mot reglerna och främja kätteri och ogrundade personliga teorier)) Detta är åtminstone inte anständigt...

                  Men hjärnan behöver mat och något nytt)))

                  Svar

                  När det gäller OS. Min erfarenhet har visat att de riktigt coola killarna inte är de som löser nya problem, utan de som kommer på dem. Deras enheter. Detta är en annan dimension och syn på världen. Ett slumpmässigt 5-minuters samtal med en sådan person på en av olympiaderna förändrade mitt liv totalt och förde mig ur djupa illusioner och räddade faktiskt mitt liv.
                  Han skämtade om att "vetenskapsdoktorn" är just det som får hans titel för att behandla skadade kollegor som inte kunde klättra på en av rutschbanorna.

                  Denna person hävdade att de bästa vinnarna av olympiader sedan löses upp i det vetenskapliga samfundet och inte ger nya upptäckter och resultat. Därför, utan den ständiga breda utvecklingen av ens kunskap och verkliga färdigheter, kommer vägen till det nya inte att vara synlig.
                  Och i allmänhet är Olympiaden en ren sport med tur, mod, tricks, med många skador och förlamande av barns psyke, inklusive mig. Men det här är livet

                  Svar

Förstörarna av myter och legender har redan motbevisat ditt antagande.
https://www.youtube.com/watch?v=XsKhzk4gn3A

Effekten är oberoende av material och friktion.
Dessutom, enligt din version, om vi ersätter bollarna med glidvikter, kommer effekten att försvinna.

Dessutom upplever snabbare bollar mer luftmotstånd. Drag är proportionell mot kvadraten på hastighet. Ändå hindrar det dem inte från att komma först.

Låt oss få mer realistiska idéer. Sådana saker återspeglar direkt kärnan i vår världs arbete.

Svar

• • I allmänhet har rullande friktion ingenting med det att göra ...))
    Effekten fungerar i modeller utan friktion och luft.
    Du kan göra magneter och pumpa ut luft.

    Men att beräkna formen på banan som är snabbast är ett ganska coolt problem.
    Proffs inom klassisk mekanik kan förmodligen intuitivt förutsäga svaret.

    Svar

    • Det gick upp för mig att experimentet i din video liknar en Foucault-pendel. Uppenbarligen kommer den snabbaste banan för bollen att vara en cirkelbåge med minsta möjliga radie (upp till en halvcirkelbana = 1 halvvågstomme nedåt). För en pendel löses paradoxen med en längre bana och samtidigt en högre hastighet på grund av den beskrivna bågens mindre radie, dvs. längden på pendelarmen, på vilken perioden för dess svängning beror.
      I det här fallet är varje avvikelse från bollens rörelse från strikt cirkulär oönskad, eftersom den borde ha en negativ effekt på dess medelhastighet. Den rätlinjiga rörelsen av bollen i videon liknar svängningarna hos en pendel med en mycket lång arm, som, som alla förstår, har den största svängningsperioden. Därför finns det den lägsta hastigheten på bollen.
      Det verkar ha klarat sig utan integraler ;)
      Ett intressant pussel!

      Svar

      • Det är nödvändigt att bevisa matematiskt och testa hypotesen. Men det låter intressant ... en av de senaste versionerna var att detta är en inverterad cykloid.

        Jag har många sådana i lager.

        Till exempel:

        Det mest till synes banala energibesparingsproblemet för skolan, men det visar precis den förståelse för potentiell energi och kinetisk energi som nicolaus talade om. Uppgiften för honom men bröt hjärnan hos många, även seriösa killar inom fysik.

        Vi tar en maskin med urverksfjäder. Vi lägger den på golvet och släpper taget. På grund av fjädern accelererar den till en hastighet V. Vi skriver ner lagen om energins bevarande och beräknar fjäderns energi.
        0 + E(fjädrar) = mV^2/2

        Och nu uppmärksamhet! Vi passerar in i ett jämnt tröghetssystem som rör sig mot maskinen. Grovt sett går vi mot maskinen med en hastighet V.
        I förhållande till oss var maskinens hastighet i början V, efter acceleration kommer den att vara 2V.
        Vi beräknar vårens energi.
        E(fjädrar) + mV^2/2 = m(2v)^2/2
        E(fjädrar) = 3mV^2/2
        Fjäderns energi ökade plötsligt i förhållande till en annan tröghetsreferensram.
        och ju snabbare du rör dig mot maskinen, desto större energi har fjädern.
        Hur är detta möjligt?

        Nicolaus är för dig. Lagen om bevarande har överträtts. Hurra! det hände!)))

        Detta är också en grundläggande förståelse för processer och energiöverföring.
        Barn älskar att kasta problem

        Svar

        Ditt uttryck efter "Vi beräknar fjäderenergin" är felaktigt.

        "Och barn som ställer frågor är väldigt sällsynta."
        Barn som ställer frågor är inte ovanliga. Alla barn har en "varför"-period.

        I allmänhet kommer jag att avstå från att diskutera med dig för att inte förolämpa dig av misstag. Jag älskar att dra skämt som kan missförstås.

        Svar

Svar

Nej inte så här. Vakuumenerginivå, d.v.s. det tomma utrymmet bestämmer dynamiken i galaxernas recession. Oavsett om de sprids med acceleration eller vice versa, saktar de ner. Detta tillåter dig inte att flytta vågen för fritt. Vakuumpotentialen kan inte väljas godtyckligt, den är ganska mätbar.

Svar

Kära Igor! Jag förstår förstås att du är trött på kommentatorerna efter publiceringen av varje nyhetsartikel. Vi ska tacka er för att ni ger information om utländsk utveckling, och inte mejslar, men vi är som vi är. Din rätt att generellt skicka till originalkällan, tk. detta är en omskrivning eller Copy Paste med en tekniskt korrekt översättning, för vilken återigen en separat ATP.
Och nu, på ämnet, om en atom, partikel, någon kropp utan kinetik flyttas närmare källan till elektromagnetisk strålning, ökar dess totala energi. Och hur det omfördelas inuti kroppen (vilket ökar (minskar) mer kinetisk eller potential), detta påverkar inte det slutliga resultatet. Därför uttalade jag mig om att förklaringen från artikelförfattarna inte är korrekt. I själva verket finns det ingen termisk kraft - det är tyngdkraften. Hur går det till? Svaret finns i artikeln: "Gravity of the Earth Photon-quantum gravity", publicerad i den ungerska tidskriften (s. 79-94):
http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf

Svar

Igor, jag vet inte om detta är dåligt uppförande. Men i ljuset av många kommentarer om detta ämne verkar det för mig som om det finns ett behov av att skriva en bra populärvetenskaplig text, inklusive om begreppet potentiell energi. För jag tror att folk är lite förvirrade. Kanske ska du försöka, om du har tid, och skriva om lagrangianer på ett vetenskapligt populärt sätt? Det verkar för mig att med din talang och erfarenhet kommer det att finnas en mycket nödvändig artikel. Det är det svåraste att skriva om sådana grundläggande begrepp, förstår jag. Men vad tycker du egentligen?

Svar

Låt mig svara på din fråga.

Här är vad Wikipedia säger:
Publiceringen av arbetet av Eagleworks har lett till att EmDrive ibland beskrivs som "testat av NASA", även om myndighetens officiella ståndpunkt är annorlunda: "Detta är ett litet projekt som ännu inte har lett till praktiska resultat."

Men enligt texten är det uppenbart att det finns intresse för den här enheten och skaparna kunde väcka uppmärksamhet. Annars hade ingen avsatt pengar. Vad finns det.
Jag föreslår att du väntar lite och ser det slutliga resultatet. Detta kommer att spara tid och ansträngning. Men det är inte värt att hoppas på mirakel och drömma om hur väletablerad kunskap och erfarenhet kommer att kollapsa)))
Det är bättre att bygga något nytt än att försöka bryta det som våra förfäder gjorde.
Enkelt uttryckt, om deras enhet fungerar, kommer det att finnas en person som lugnt kommer att beskriva allt inom ramen för befintliga teorier.

Svar

• • Jag förstår dina känslor väl. Bland mina vänner, programmerare som har utvecklat tänkande men ingen erfarenhet av teorin om fysik, finns det många sådana stämningar. Gräv upp en video på YouTube, hitta någon farfar i garaget som byggde en evighetsmaskin, etc. sin favoritsysselsättning.
    Det är alltid roligt och en god anledning att träffas i naturen och steka grill.
    Och för mig är detta ett tillfälle att återigen testa mina egna kunskaper och luckor. (Alla har dem. Vissa är riktigt blyga och döljer dem.)

    Kärnan i din fråga ligger i fysikens grunder. Om du tydligt når grunderna i teorin om fysik, kommer du att förstå en enkel sak.
    Så snart den unika effekten av emDrive är bevisad, och det är tydligt att detta inte är en förtäckt uppsättning av redan kända effekter, kommer vilken kompetent fysiker som helst att komma med en förklaring.
    Men beviset för experimentet måste vara strikt och i alla förfaranden felsökt i århundraden. Det finns inga hinder här. Du behöver bara följa de tydliga procedurer som antagits i den vetenskapliga världen.

    En värld av verklig fysik är mycket pengar. Och de ges endast för ett specifikt resultat. Ingen gillar att slösa bort tid och hamna i tomma skal. Straffet för misstag är mycket hårt. Inför mina ögon dog människor helt enkelt på några månader när deras förhoppningar kollapsade. Och jag är tyst om hur mycket den bara blir galen och besatt av sina idéer i ett försök att "hjälpa hela mänskligheten".
    Detta är inte normalt.

    All fysik bygger på de enklaste idéerna. Tills du förstår det ordentligt är det bättre att inte slåss mot väderkvarnar.

    Ett av postulaten för fysikteorins grunder är följande: vi kan dela upp rum och tid till oändlighet.
    Och så börjar matematiken. Du behöver också ett mynt och en penna.
    På samma papper med denna idé kan du härleda Maxwell-distributionen. Och förutsäg den slumpmässiga fördelningen av bollar i standardexperimentet och gå en promenad uppför måtten.
    Om du lugnt gör en sådan övning, då förstår du vad du gör.
    Med andra ord, innan du gör volter på den horisontella stången måste du lugnt och utan att tveka dra dig upp på något sätt.

    I fysikteorin finns det en punkt från vilken allt är byggt. Du bör kunna bygga alla grundläggande formler och teorier från denna punkt.
    Så snart du springer längs huvudvägarna och stigarna flera gånger kommer du att bli en ärlig och verklig invånare i denna värld.

    Och just då kommer du att förstå att fysikens språk kan beskriva vilka fenomen som helst.

    Min lingvistvän ser fysiken som ett språk för att beskriva den verkliga världen. Han tror inte ens på elektronen))) Och det är hans rätt...

    Och bekanta matematiker säger att fysik är matematik som de lagt till en droppe tid (dt)

    Börja med det allra grundläggande. Allt är klart och vackert här)))

    Svar

"För det tredje finns det en annan attraktionskraft - gravitationskraften. Den beror inte på temperaturen, utan växer med kroppsvikten."

Jag skulle inte vara så säker på att gravitationen inte beror på temperaturen. Med temperaturen växer partiklarnas dynamik, vilket gör att massan (åtminstone relativistisk) växer, vilket gör att gravitationen växer.
Generellt sett, med hänsyn till [faktiskt] gravitationskrafternas dynamiska natur, länkar just detta faktum redan gravitationskraften med temperaturen, som en dynamisk egenskap hos mekaniska system. Men detta är ett ämne för en separat diskussion, eller snarare teori. ;)

Svar

Såvitt jag förstår är denna effekt i "ljud"-fältet ännu lättare att implementera om dipolen ersätts av ett membran (till exempel en såpbubbla) med en resonans vid en frekvens som är högre än den som ljudgeneratorn är till. stämd. Ändå är det på något sätt lättare att lägga en kilowatt energi i ljud än i EM-strålning))

Det skulle vara roligt: ​​såpbubblor attraheras av högtalaren ...

Svar

• Ljud och musik är i allmänhet en praktisk sak för studiet av vågor. Det här är min hobby.
  Om någon är intresserad, här är mina försök att tillämpa kvantfysik och Schumann-resonans i kreativitet.
  https://soundcloud.com/dmvkmusic

  Det här är 3D-musik, så du behöver bara lyssna på den i hörlurar eller på bra högtalare.

  Jag har högtalare och en hel studio och till och med såpbubblor.
  Jag ska kolla din idé
  Tack!

  Låt oss göra mer!)))

  Svar

"Och eftersom atomen försöker sänka sin interaktionsenergi så mycket som möjligt, är det energetiskt fördelaktigt för den att närma sig bollen - trots allt är minskningen av energi mest betydande där!"
Någon sorts skit, inte en förklaring, vad atomen vill ha där, något är fördelaktigt för honom. Och godtyckligt, efter behag, rör sig dit han vill.
Vad synd att det inte finns några fysiker som nu kan förklara.
För att inte tala om att energins inverkan på förklaringen sänker objektets energinivå. Termodynamikens andra lag verkar krampaktigt hysteriskt. Förlåt.

Svar

Tyvärr var det inte möjligt att få ett uttömmande svar på frågan om potentiell energi under diskussionens gång. Därför försökte jag komma på det själv (vilket tog tid). Det var det som kom ut ur det.

Många svar hittades i presentationen av föreläsningen av den anmärkningsvärda ryske fysikern Dmitry Dyakonov "Kvarkar och var kommer massan ifrån." http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/. Dmitry Dyakonov hade en av de högsta citeringsbetygen, jag tror att han är bland de stora fysikerna.

Vad som är förvånande, jämfört med föreläsningen, ljög jag inte i mina antaganden när jag skrev om den potentiella energins natur.

Här är vad Dmitry Dyakonov sa.

"Nu vill jag kasta dig in i en djup tanke. Titta på bild 5. Alla vet att en fågel sitter på en tråd, det är 500 kilovolt i tråden, och åtminstone henna är för henne. Om nu fågeln sträcker ut sig och tar tag i den ena tråden med den ena tassen, och den andra med den andra tassen, blir det inte bra här. Varför? Eftersom, säger de, att den elektriska potentialen i sig inte har någon fysisk betydelse, observerar vi den inte, som vi gärna säger. Det finns ett mer exakt uttalande att den elektriska fältstyrkan observeras. Spänningen - vem vet - är en potentiell gradient.

Principen – att det inte är värdet av den elektriska potentialen i sig som är observerbar, utan bara dess förändring i rum och tid – upptäcktes redan på 1800-talet. Denna princip sträcker sig till alla grundläggande interaktioner och kallas "gradientinvarians" eller (ett annat namn) "gauge invarians".

"Jag började min lista med gravitationsinteraktion. Det visar sig att det också är byggt på principen om mätinvarians, bara det finns oberoende inte från "färgen", inte från potentialen, utan från något annat. Jag ska försöka förklara varför.
Föreställ dig att det någonstans finns en stor massa. Till exempel solen. Solen är en stor massa. Vad gör den? Det verkar böja platt utrymme, och utrymmet blir krökt. Mycket visuellt. Nu placerar vi jorden i närheten, den börjar kretsa runt solen. Faktum är att bilden är ganska geometrisk: rymden pressas igenom och vår planet Jorden snurrar i detta hål. Titta på bilden - alla koordinatlinjer är förvrängda där. Och det var det som var Einsteins viktigaste prestation när han lade fram den allmänna relativitetsteorin. Han sa att alla observerbara fysiska fenomen inte borde bero på vilken typ av rutnät vi förtjänar att tillämpa och vilken klocka vi använder.
Varför jag tog det hit, eftersom det också är en slags "mätinvarians".

Krökning är en observerbar sak, och i matematisk mening är styrkan hos ett elektriskt fält också en slags krökning. Men vi ser inte potentialen, fågeln som sitter på en tråd är vid liv."

Baserat på detta kan vi dra slutsatsen att potentiell energi inte bör betraktas som en massakälla, eftersom I annat fall kommer massan och de fysiska processerna att bero på det rapporteringssystem från vilket observationen görs.

Denna idé förstärks av Dmitry Dyakonovs svar på frågan om massan av det elektromagnetiska fältet.

"Dmitry: Säg mig, snälla, har kraftfält, till exempel elektriska fält och gravitationsfält, massa?
Dmitry Dyakonov: Om de gör det, då är väldigt lite, och konventionell visdom är att de är masslösa.
Dmitry: Jag tänkte lite annorlunda. Låt oss säga om vi har en kondensator mellan plattorna som det finns ett elektriskt fält av. Har detta fält massa?
Dmitry Dyakonov: Nej.
Dmitry: Har den energi?
Dmitry Dyakonov: Ja.
Dmitry: Och mc??
Dmitry Dyakonov: Tja, koka ihop ett slutet system för mig, det vill säga inklusive en kondensator, ett batteri, ett vattenkraftverk, en källa i solen och så vidare. Det är när du kokar ihop ett slutet system, då kommer vi att mäta dess massa, och jag kommer att säga att E, som är mc? från denna massa - detta är viloenergin i detta slutna system. Jag gör inga andra påståenden.
Dmitry: Det vill säga, fältets energi är i själva verket energin från batteriet, kablar och plattor?
Dmitry Dyakonov: Självklart. Du måste ta ett slutet system, du kan göra en bedömning om det.

Så var kommer massan ifrån i vår värld?

Dmitry Dyakonov: "Som du kan se har hela vetenskapens historia bestått i det faktum att vi var engagerade i en mängd olika sammankopplade positioner, och alltid var summan av komponenternas massor större än helheten. Och nu når vi det sista bundna tillståndet - det här är protoner och neutroner, som är gjorda av tre kvarkar, och här visar det sig att det är tvärtom! Protonmassan är 940 MeV - se bild 9. Och massan av de ingående kvarkarna, det vill säga två u och en d, lägg till 4 + 4 + 7 och få bara 15 MeV. Detta betyder att summan av de ingående massorna inte är mer än helheten, som vanligt, utan mindre, och inte bara mindre, utan 60 gånger mindre! Det vill säga att vi för första gången i vetenskapshistorien möter ett bundet tillstånd där allt är det motsatta i jämförelse med det vanliga.

Det visar sig att tomrum, vakuum, lever ett mycket komplext och mycket rikt liv, vilket avbildas här. I det här fallet är detta inte en karikatyr, utan en riktig datorsimulering av den verkliga kvantkromodynamiken, och det finns en författare, min kollega Derick Leinweber, som vänligen försåg mig med den här bilden för demonstrationer. Dessutom, vad som är anmärkningsvärt, har närvaron av materia nästan ingen effekt på vakuumfluktuationerna i fältet. Det är ett gluonfält som fortsätter att fluktuera på det här konstiga sättet hela tiden.
Och låt oss nu släppa in kvarkar, se bild 13. Vad kommer att hända med dem? En ganska intressant sak händer. Inte heller här är tanken ytlig, försök fördjupa dig i den. Föreställ dig två kvarkar, eller en kvark och en antikvark, som råkar vara i närheten av en så stor fluktuation samtidigt. Fluktuationen inducerar en viss korrelation mellan dem. Och korrelation betyder att de interagerar.
Här kan jag bara ge en vardagsbild. Man tappar vattnet ur badet, där bildas en tratt, där två tändstickor faller, de dras åt av denna tratt, och båda snurrar på samma sätt. Det vill säga att beteendet för de två matchningarna är korrelerade. Och man kan säga att tratten orsakade interaktionen mellan matcherna. Det vill säga, yttre påverkan inducerar interaktion mellan objekt som faller under detta inflytande. Eller, säg, du går längs Myasnitskaya och det börjar regna. Och av någon anledning höjer alla plötsligt något föremål ovanför sina huvuden. Detta är ett korrelerat beteende, det visar sig att människor interagerar, men de interagerar inte direkt, och interaktionen gav en extern påverkan, i det här fallet regn.
Alla har säkert hört talas om supraledning, och om det finns fysiker i salen kommer de att förklara att mekanismen för supraledning är kondensationen av de så kallade Cooper-elektronparen i en supraledare. Ett liknande fenomen inträffar här, endast kvantkondensatet bildas inte av elektroner, utan av par av kvarkar och antikvarkar.

Vad händer om en kvarg kommer in i ett sådant medium? En kvark flyger, den kan slå ut en kvark som redan har organiserat sig i ett sådant par, den här flyger vidare, faller slumpmässigt in i nästa, och så vidare, se bild 14. Det vill säga kvarken färdas på ett komplext sätt genom detta medium. Och det är det som ger den massa. Jag kan förklara det på olika språk, men tyvärr blir det inte bättre.

Den matematiska modellen för detta fenomen, som bär det vackra namnet "spontan kiral symmetribrytning", föreslogs första gången 1961 samtidigt av våra inhemska forskare Vaks och Larkin och den märkliga japanska forskaren Nambu, som levde hela sitt liv i Amerika och 2008 , i en mycket hög ålder, fick Nobelpriset för detta arbete.

Föreläsningen hade bild 14 som visar hur kvarkar färdas. Baserat på denna bild följer det att massan bildas på grund av kvarkarnas energi och inte gluonfältet. Och denna massa är dynamisk - uppstår som ett resultat av energiflöden (förflyttning av kvarkar), under villkoren för "spontan kränkning av kiral symmetri".

Allt jag har skrivit här är mycket korta utdrag ur Dmitrij Dyakonovs föreläsning. Det är bättre att läsa denna föreläsning http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/ i sin helhet. Det finns vackra bilder som förklarar innebörden.

Jag kommer att förklara varför jag under diskussionen i den här tråden ställde frågor om potentiell energi. I svaren ville jag läsa ungefär detsamma som det som står i presentationen av Dmitrij Dyakonovs föreläsning, för att ytterligare förlita mig på dessa uttalanden och fortsätta diskussionen. Men tyvärr blev diskussionen inte av.

Detta är nödvändigt för att stärka ställningen för hypotesen om materiens utveckling. Enligt hypotesen uppstår massan i vårt universum som ett resultat av materiens strukturering. Strukturering är bildandet av ordning mot bakgrund av kaos. Allt som skrivs i presentationen av Dmitry Dyakonovs föreläsning stöder enligt min mening denna hypotes.

Strukturering av materia kan gå i flera steg. Övergångar mellan stadier åtföljs av revolutionära förändringar i materiens egenskaper. Dessa förändringar i fysiken kallas fasövergångar. För närvarande är det allmänt accepterat att det fanns flera fasövergångar (Dmitry Dyakonov skrev också om detta). Den sista av fasövergångarna kunde ha haft de observerbara fenomen som kosmologer presenterar som bevis för den vanliga kosmologiska teorin. Därför motsäger observationerna inte denna hypotes.

Det finns en annan intressant aspekt här. För att göra beräkningar relaterade till effekten är det inte nödvändigt att mäta potentialen alls. För att beräkna kraften som verkar på håret och deras extra energi är det nödvändigt att mäta den elektriska laddningen (antal elektroner) som har gått in i pojkens kropp, samt att känna till de geometriska egenskaperna hos pojkens kropp, inklusive egenskaperna hos hans hår, storleken och placeringen av de omgivande elektriskt ledande kropparna.

Svar

• Om pojken är inne i Faraday-buren, så vad jag förstår, även med mejl. kontakt med henne kommer han aldrig att få e-post på sin yta. avgift.
  När en cell är ansluten till en laddad boll kommer hela laddningen att fördelas över cellens yta. Det kommer inte att finnas någon e-post i den. statistik. fält, utan kostnad. Potentialen på pojkens yta kommer också att vara noll och hans hår kommer att sitta kvar. Jag tror att även om han tar den jordade ledningen i sina händer så kommer han inte att få något av den. Ingen laddning, ingen potentialskillnad, ingen ström.

  De där. kort sagt, genom att placera pojken i en bur återställer du därmed hans e-post. potential. Potentialen kommer att vara osynlig, eftersom. det finns helt enkelt inte där. :-)

  Den potentiella skillnadseffekten kan också observeras. För att göra detta räcker det att lägga en annan boll bredvid pojken, kopplad till en annan källa eller helt enkelt jordad. Så snart pojken rör vid båda bollarna på en gång kommer han att känna själv vad den potentiella skillnaden är (barn, gör inte det här!).

  E-post potential observeras inte bara genom håret. Det finns en annan vacker effekt - St. Elmos bränder eller helt enkelt - coronaurladdning: http://molniezashitadoma.ru/ogon%20elma.jpg

  Svar

> en vacker effekt med pojkens hår är inte förknippad med potentialen hos det elektriska fältet, utan med potentialskillnaden mellan pojkens kropp och miljön (med andra ord, med styrkan hos det elektriska fältet)

E-postspänning. Konst. fältet är inte en potentiell skillnad alls. ;-)
Detta är den huvudsakliga egenskapen hos e. Konst. fält, som kännetecknar var och en av dess punkter: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electric_field_strength
_______________

När det gäller Dmitrij Dyakonov verkar hans uttalanden milt uttryckt konstiga för mig... Kanske blev han för medtagen av sina "kvarkar" och bröt sig märkbart loss från den verkliga världen. :-)

Och hur gammal var Bohr när han räddade fysiken från att en elektron föll ner på en kärna genom sitt påstående att fallet fortsätter med stormsteg? För banor kan delas in i rena och orena!
Så blev det och dela!
Hur gammal var Maxwell när han uppfann det elektromagnetiska fältet?
Och många människor förstår vad polarisering är!
Ibland tycks det för mig som om vi blev klubbade i mycket respekt vid för tidig ålder.
Jag skulle vara mycket tacksam mot Igor Ivanov om han gjorde en utvikning till de stora upptäckarnas tidsålder.
Ibland förefaller det mig fortfarande som om fysiken är rädd för tydliga formuleringar.
Eller ducka?
....................
Inte kritik, utan balans.
Ege?

Svar

Jag tror att Avogadros lag gäller för alla atomer (alla kemiska grundämnen) utan undantag.
Och jag VET INTE vad vikten av en atom är.
I det experiment som beskrivs dras ingen parallell till villkoren för "testen enligt Avogadro". Men det fanns olika atomer?
Det finns en möjlighet att vi försöker förstå något helt annat än vad försöksledarna ville ta reda på.
........................
Och hur gamla är de förresten?

Svar

Uppgiften att förflytta planeten jorden i förhållande till solen är tre magneters uppgift. Två magneter med samma polaritet riktade mot varandra - detta är jorden i sitt plan relativt solens axel. Solen är den tredje magneten, som snurrar jorden och andra planeter runt sina axlar i proportion till deras massor. Jordens elliptiska bana indikerar att det finns någon annan kraft som verkar från ellipsens "vinter"-ackord. Kalla små rymdkroppar rör sig inte heller fritt i rymden, de har en förvärvad acceleration. Denna studie kan bara bekräfta att planetarisk gravitationskraft beror på tillräckligt uppvärmda planetbaser. Det vill säga, vilken planet som helst i solsystemet är varm inuti.
Varför attraheras inte jorden och andra planeter nära solen? Systemet är dynamiskt, inte statiskt, planeternas axlar är parallella, så du får många toppar. Och planeterna kan inte byta poler, eftersom detta är liktydigt med att lämna omloppsbanan.

• • Tror du att det är möjligt för en kropp med ett magnetfält och en satellit att röra sig med tröghet under oändligt lång tid? I det här fallet bör jorden ha två månar, placerade symmetriskt. Gyroskopets beteende förklarar tröghetsmomentet och jämviktsfördelningen av massan kring rotationsaxeln. Om skivan på toppen är obalanserad i förhållande till axeln, börjar den att beskriva spiralen med axeln. Detta gäller också för jorden, den har en satellit, som skulle behöva ta den från omloppsbana och bära den ut i rymden, om dess rörelse i förhållande till solen endast förklarades av det mekaniska tröghetsmomentet. Här är magnetismen från solens sida så stark att den kan kompensera för månens inflytande på jorden.
    Ingenting annat än magnetism kan förklara den ordnade rörelsen av planeterna och deras satelliter i solsystemet. Vi i form av Solen har liksom en stator, som är en rotor, men samtidigt är vi en stator för Månen.

    Svar

    • Magnetiska och elektriska fält är skärmade, Ambrose. Mer exakt - shuntad. Men nu spelar det ingen roll.):
      Hur föreställer du dig en fjädervåg med en kilogramvikt efter att ha täckt den med en magnetisk skärm? Pilen kommer att gå från höger till vänster?
      Det verkade för mig att gyroskopet är ett underbart ämne för utveckling av tänkande. Även kineserna tycker det.
      Tänk på det. Gyroskopet kan fritt flyttas längs någon av de tre kartesiska axlarna! Om du inte märker lutningen av gyroskopets egen axel i dess bindning till någon imaginär bas.
      Till exempel kan du flytta ditt sinnesöga bort från snurran tills den blir så liten för betraktaren att inga tankar kommer att dyka upp för att dra rotationsaxeln genom denna "punkt".
      Förresten, Ambrose, har du någonsin tänkt på rotationsaxlarna för oändligt små punkter?
      ............
      Och så, denna exceptionella egenskap hos gyroskopet fick forskare att leta efter den specifika karaktären hos ITS tröghet endast för gyroskopet!
      Kanske var detta det första steget av "vetenskap" tillbaka in i metafysikens framtid. Det första steget som inte orsakade immunavstötning av samhället. (Män har aldrig sett sådan sorg)
      ....................
      Några år har gått.
      Ett geni föreslog att naturen hos en materiell kropps tröghet inte är inuti kroppen, utan i utrymmet som omger denna kropp.
      Denna slutsats var lika enkel som den var fantastisk.
      Dessutom, som en modell för att studera tröghetens natur, visade sig gyroskopet vara det mest bekväma verktyget. Faktum är att i laboratoriemiljöer är det lättillgängligt för observation! Till skillnad från till exempel flödet av skal. Även om detta flöde begränsas av ett stålrör.
      Kan du föreställa dig vilket jättesteg vetenskapen har tagit?
      .................
      Men ja.
      Och jag representerar inte.
      Tänk på Ambrose.
      Tror.

      Svar

      • "Ett geni föreslog att naturen av trögheten hos en materiell kropp inte är inuti kroppen, utan i utrymmet som omger denna kropp."
        Intressant nog skriver du inte om principen om mach?

        Men jag pratar om min. Det jag skrev här (inlägg daterat 20.09.2017 08:05) syftar på "spatial symmetri". (Leta inte efter denna term på Internet i den meningen att jag använder den). Där i inlägget var det ett tal om 4D-fallet med rumslig symmetri. (Den fjärde rumsliga koordinaten är riktad utåt från punkten.) I allmänhet är riktningarna för rumssymmetri inte lika. Och detta kan visas med en topp (gyroskop), för en koordinat. Låt oss ta en tallinje. Det finns en riktning för den numeriska axeln i positiv riktning. Och det finns det negativa. Så - dessa riktningar är inte lika. Om vi ​​rör oss i negativ riktning kommer vi på denna axel inte att möta reella tal som är lika med kvadratroten av koordinaten för denna axel. Den negativa axeln är sparsam. I rymden är det omöjligt att explicit särskilja var den positiva riktningen är och var den negativa riktningen är. Du kan dock skilja dem åt med en topp. Toppen, när den rör sig i riktning längs toppens axel, bildar en skruv. Höger och vänster. Vi kommer att ta riktningen för den högra skruven som en positiv riktning och den vänstra som en negativ. I detta fall kan de positiva och negativa riktningarna separeras. Så i naturen finns det processer som känner skillnaden mellan rörelse i positiva och negativa riktningar - eller, med andra ord, känner sällsyntheten av den negativa axeln.

        Här http://old.site/nauchno-populyarnaya_biblioteka/43375 0/Mnogo_vselennykh_iz_nichego skrev jag i en kommentar till artikeln "Många universum från ingenting" av den underbare science fiction-författaren Pavel Amnuel en synpunkt på moderns rörelse i vårt universum med hjälp av "spatial symmetri". Den här kommentaren är en fortsättning på inlägget från 2017-09-20 08:05. Där är det bara på ämnet för artikeln som diskuteras. Jag skulle vilja veta din åsikt.

        Svar

        • Tyvärr har jag ännu inte hittat din andra kommentar till artikeln baserad på Amnuel. Men först från 02.09.17. Jag kanske inte är så deterministisk?):
          Det nämndes Planck (som en rymdfarkost ... en man och en ångare ...)
          Allmänt intressant. När jag insåg att han helt enkelt beräknade konstanten för sitt namn genom att dividera det kända resultatet med Rayleigh-formeln, sprack jag nästan av ilska. Även i bursan flisade jag också av något liknande. Det visar sig att inte många människor kan se förhållandet mellan formler utan att bry sig om att modellera dem korrekt. ... Hur ska man annars breda det på bröd?
          ):
          Det fanns en intressant historia där. Människor uppfann abstraktionen av en helt svart kropp, som inte finns i naturen.
          Så ta den och hitta den!
          Än sen då?
          Har forskare kallat rymden himlens himlavalv?
          - Figushki! Ja?
          Och de tillsatte helt enkelt materia till det, knådade det med energi.
          I alla fall.

          Även i den artikeln föreslås möjligheten för en "kollision av universum".
          Det är lättare.
          -----------
          Nu ska jag börja med det andra "om", och det första kommer att nämnas senare.
          Burk?
          Om vi ​​kan urskilja två (flera, hur många som helst) universum, så måste vart och ett av dem ha en egenskap som fenomenologiskt tillåter ett sådant urval.
          Forskare försökte en gång räkna upp sådana tecken i så kallad "mängdlära".
          Vi kommer att agera lite enklare.- Uppenbarligen är det fenomenologiskt (ur synvinkeln av bekvämligheten med att beskriva "kollisionen") som vi kan beskriva vart och ett av universum helt enkelt som ett "skal före kollisionen."
          OM det är så, då kan vårt sinne fungera
          KOLISION AV SKAL.
          Och om det inte är så, då är sinnet som tillät kollisionen av universum fortfarande moget, men inte tillräckligt.

          OM två (flera) skal kolliderar, då...
          och nu går det första om:
          OM utrymmet för de initiala och resulterande skalen är TREDIMENSIONELL, då bildas i synnerhet ett plan.
          Till exempel ekliptikans plan.
          Vilket vi fick äran att observera.
          Allt annat är av mindre betydelse för mig.

          Redan det visar sig långt, och fortfarande inte svara på en direkt fråga. Så jag ber om ursäkt på förhand.

          Nej, jag menade GR:s grundställning.
          Jag lärde mig först om Mach och hans världscentrum av min far. Fortfarande i skolan. För övrigt håller jag med dig. – Idén som formulerades av Einstein "var i atmosfären", skapad, i många avseenden, just av Machs verk. Det är synd att detta inte finns med i skolans läroplan.

          Svar

    Svar

Svar

Skriv en kommentar