Квантовая физика, излучение черного тела и важность изучения излучения, испускаемого различными телами

| 1 октября, 2021 | Физика

Квантовая физика — это физика, которая позволяет нам изучать и объяснять научные явления, которые могут не наблюдаться напрямую в нашей повседневной жизни, особенно когда мы имеем дело с атомными и субатомными системами, такими как изучение атомного спектра и электронных явлений на уровне молекулы, таких как изучение химические реакции .

Квантовая физика

Классическая физика объясняет все в нашей повседневной жизни и в нашем общем опыте, но есть еще одна ветвь, которая имеет дело с огромным набором научных явлений, которые нельзя непосредственно наблюдать в нашей повседневной жизни.

Квантовая физика объясняет все явления, связанные с электроникой, которая является основой всех современных электронных и коммуникационных систем.

Квантовая физика объясняет химические реакции на уровне молекулы, которые были сфотографированы Ахмедом Зеваилом с помощью высокоскоростной лазерной камеры, и такая работа позволила ему получить Нобелевскую премию по химии в 1999 году.

Квантовая физика имеет дело с рядом ситуаций во Вселенной, которые классическая физика не может объяснить, особенно когда мы имеем дело с атомными и субатомными системами вплоть до субатомного масштаба.

Классическая физика — это физика, которая позволяет нам интерпретировать ежедневные наблюдения и обычные опыты, такие как изучение волн, таких как звук, свет, тепло и электричество, с их свойствами.

Существуют разные типы электромагнитных волн, которые могут различаться по частоте и длине волны . Свет является одним из типов электромагнитных волн и обладает общими характеристиками волн, такими как:

  1. Отражение , преломление , интерференция и дифракция .
  2. Для размножения не нужна среда.
  3. Он распространяется в космосе с постоянной скоростью c = 3 × 10 8м / с.

Излучение черного тела

АЧТ является органом , который не существует в природе , но оно может быть приравнено в закрытой полости , которая имеет небольшое отверстие, внутри полость появляется черным , так как Л.Л. излучения в пределах остатков полости в ловушку из — за многократные отражения и т он большая часть излучения поглощается, в то время как только небольшая его часть просачивается наружу, что называется «излучением черного тела».

Черное тело — это тело, которое поглощает все падающие на него излучения с разными длинами волн (идеальный поглотитель) и полностью излучает эти излучения (идеальный излучатель).

Светящиеся тела и не светящиеся тела

Тела, излучающие световое тепло, называются горячими телами, в то время как тела, которые поглощают излучения и передают их, называются несветящимися телами, такими как Земля, Примеры светящихся тел, такие как нить накаливания лампы, Горящий кусок угля, Солнце и звезды.

Светящиеся тела — это тела, которые излучают свет и тепловое излучение, например, Солнце. Несветящиеся тела — это тела, которые поглощают и передают излучение, например, Земля.

Свет, излучаемый каждым источником светящихся источников (Солнце, звезды, горящий уголь и светящаяся лампа накаливания), свет меняется в зависимости от температуры, поскольку светящиеся источники не излучают все длины волн одинаково, но интенсивность излучения меняется. с длиной волны и длиной волны, которая имеет максимальное излучение, зависит от температуры источника.

Связь между интенсивностью излучения и длиной волны (распределение Планка)

Планку удалось объяснить связь между интенсивностью излучения и длиной волны, изучая излучение, испускаемое разными источниками. Графическая кривая, представляющая эту связь, называется кривой Планка.

Кривая Планка — это кривая, которая представляет графическое соотношение между интенсивностью излучения и длиной волны излучаемого спектра.

Описание кривой Планка:

  1. Интенсивность излучения стремится к нулю как на высоких, так и на малых длинах волн.
  2. Интенсивность излучения стремится к максимальному значению при определенном значении длины волны (λ м).
  3. С повышением температуры общая интенсивность излучения увеличивается, а длина волны (λ м) уменьшается.
  4. Эта кривая повторяется для всех горячих тел, излучающих непрерывный спектр излучения.

Температура на поверхности Солнца (T = 6000 K), поэтому максимальная интенсивность излучения (пик кривой) находится в видимом спектре , таким образом, длина волны на пике (λ m = 0,5 мкм = 500 нм ), который находится в видимом диапазоне, таким образом, почти 40% всей энергии, излучаемой Солнцем, приходится на видимый диапазон и почти 50% приходится на тепло (инфракрасное излучение), а остальная часть распределяется по остальному спектру.

Температура лампы накаливания составляет (Т = 3000 К) , что делает длину волны в парке на (λ м = 1 мкм = 1000 нм = 10 -6 м = 1 мкм), от таких ламп , которые мы получаем почти 20% видимого света и большая часть остального (80%) в виде тепла.

Температура Земли намного ниже, чем температура Солнца, поскольку Земля формирует не светящиеся тела, которые поглощают излучение Солнца и рассеивают его. Таким образом, максимальная интенсивность излучения находится в инфракрасной области на длине волны ( λ m = 10 мкм = 10000 нм).

Из предыдущих наблюдений мы находим, что: Длина волны (λ m ), которая является пиком кривой, увеличивается с уменьшением абсолютной температуры, поэтому длина волны (λ m ), на которой интенсивность излучения максимальна, обратно пропорциональна абсолютная температура светящегося тела, которая называется (закон Вина): λ m ∝ 1 / T.

Закон Вина: длина волны (λ м ), сопровождающая максимальную интенсивность излучения, обратно пропорциональна температуре Кельвина светящегося источника.

(λ m ) 1   / (λ m ) 2 = T 2   / T 1

Мы не можем объяснить эти наблюдения, используя классическую физику, потому что из классической физики. Поскольку излучения являются электромагнитными волнами , интенсивность излучения увеличивается с увеличением частоты (уменьшение длины волны), в то время как интенсивность излучения уменьшается на высоких частотах (короткие длины волн).

Интерпретация Планка (1900 год) для излучения черного тела

Мы можем объяснить колоколообразную форму излучения, Планк мог объяснить явление излучения черного тела, постулируя некоторые предположения следующим образом:

  1. Он предположил, что излучение состоит из небольших единиц (или пакетов) энергии, каждая из которых называется квантом (или фотоном) энергии (E = hν), где h — постоянная Планка, а ν — частота.
  2. Фотоны возникают из-за вибрации атомов излучающего тела.
  3. Энергия этих колеблющихся атомов не является непрерывной, а квантуется (дискретно или прерывно) на уровни. Эти уровни энергии принимают значения (E = n hν).
  4. Атом не излучает, пока остается на одном энергетическом уровне.
  5. При переходе колеблющегося атома с высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень он испускает фотон, чье (E = hν), где произведенное излучение состоит из миллиардов миллиардов этих фотонов, Мы не видим отдельных фотонов, но мы наблюдать особенности потока фотонов в целом, эти особенности представляют классические свойства излучения.
  6. Интенсивность излучения зависит от энергии фотона и количества испускаемых фотонов.
  7. При увеличении частоты фотонов его энергия увеличивается, в то время как его количество уменьшается при постоянной полной энергии, поэтому на коротких длинах волн интенсивность излучения уменьшается.

Важность изучения испускаемого луча от разных тел

Наносите на карту и фотографируйте поверхность Земли, используя различные области спектра (включая инфракрасное излучение, излучаемое поверхностью Земли — отраженный видимый свет — микроволны, используемые для радаров), используя спутники , бортовое и наземное оборудование, а затем анализируя такие изображения. определить возможные природные ресурсы Земли.

В военных целях системы ночного видения используются для обнаружения и визуализации движущихся объектов в темноте из-за теплового излучения, которое эти объекты испускают. В криминологии тепловое излучение для человека остается на некоторое время даже после того, как человек ушел, что называется удаленным. зондирование, тепловизионное изображение, используемое в медицине, особенно в томографии (обнаружение опухолей) в эмбриологии.