Wyklad 11 IS, Inżynieria Środowiska, Fizyka
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
FIZYKA
Wykład 11
Elementy fizyki kwantowej.
Koncepcja kwantów energii. Kwantowa natura promieniowania.
Dualizm falowo – korpuskularny materii. Fale de Broglie’a.
Doświadczenie Davissona i Germera.
Fizyka kwantowa
FIZYKA KWANTOWA (mechanika kwantowa, teoria kwantó
w)
w)
– dział
fizyki współczesnej zajmujący się zjawiskami świata mikroskopowego (atomy,
cząsteczki), gdzie wiele wielkości jest skwantowanych, tj. występuje w całkowitych
wielokrotnościach pewnych minimalnych porcji zwanych
kwantami
.
FIZYKA KWANTOWA (mechanika kwantowa, teoria kwant
E
=
h
n
Kwant oznacza najmniejszą porcję, o jaką może się zmieniać dana wielkość
fizyczna (np. energia, pęd) określonego układu.
Mechanikę kwantową można uznać za najbardziej istotną teorię fizyczną XX wieku.
Dlaczego powstała?
W końcu XIX i na początku XX w. zaczęło przybywać faktów eksperymentalnych,
których zrozumienie w ramach tzw. fizyki klasycznej nie było możliwe. Fakty te
związane były z poznawaniem struktury materii na poziomie atomowym oraz ze
zjawiskami oddziaływania tej materii z promieniowaniem – emisją, absorpcją i
rozpraszaniem energii elektromagnetycznej.
Tłumaczy: budowę atomów, oddziaływanie między materią a światłem
(elektrodynamika kwantowa QED), lasery, nadprzewodniki, półprzewodniki, to
także chromodynamika kwantowa, chemia kwantowa i inżynieria genetyczna.
Promieniowanie termiczne
Promieniowanie termiczne
(cieplne, temperaturowe) to najbardziej powszechna
forma emisji promieniowania; to promieniowanie elektromagnetyczne (EM)
wysyłane przez ciała o temperaturze większej od zera bezwzględnego (T>0K);
promieniowanie to ma widmo ciągłe i jest wynikiem drgań ładunków elektrycznych.
Promieniowanie termiczne
W temperaturze T = 300 K maksimum
długości fali
m (podczerwień IR)
poza zakresem widzialnym.
l
max
= 10
m
Jeżeli temperatura ciała jest odpowiednio wysoka (powyżej 1500 K) w widmie
pojawiają się nie tylko fale podczerwone ale również widzialne (
= 400 ÷ 700 nm),
l
ciało zaczyna świecić.
Promieniowanie termiczne
Rozk
ł
ad widmowy promieniowania termicznego charakteryzuje funkcja R
T
(
)
l
zwana
spektraln
ciała
jest ona równa energii
promieniowania EM o długości fali leżącej w przedziale od
spektralną z
dolno
dolnoś
c
cią
emisyjn
emisyjną
cia
do
, wysyłanej
l
l + Dl
w ciągu jednostki czasu przez jednostkę powierzchni
S ciała mającego
D
temperaturę bezwzględną T.
D
E
l
D
,
T
R
(
l
)
=
T
D
S
l
Stopień absorpcji fali EM charakteryzuje
spektralna zdolno
spektralna zdolno
ś
ść
absorpcyjna
absorpcyjna
a(T,
) zdefiniowana jako stosunek strumienia energii
absorbowanej w
l
DF
l
zakresie spektralnym od
DF
0l
na
daną powierzchnię w tym samym zakresie spektralnym, czyli określa jaki ułamek
energii padającej na powierzchnię zostanie pochłonięty:
do
do strumienia energii padającej
l
l+ Dl
a(T
,l)
.
= DF
l
/
DF
0l
Spektralna zdolno
ś
ść
odbicia
odbicia
r(T,
) określa jaki ułamek energii padającej
Spektralna zdolno
l
zostanie odbity.
a(T,
l
) + r(T,
l
)
=
1
Promieniowanie cia
ł
ł
a doskonale czarnego
a doskonale czarnego
Promieniowanie cia
Ciał
o doskonale czarne
o doskonale czarne
to takie ciało, które całkowicie pochłania i całkowicie
emituje promieniowanie EM niezależnie od długości fali a(T,
Cia
) = 1 i r(T,
) = 0.
l
l
Rozkład widmowy promieniowania zależy jedynie od temperatury.
Model teoretyczny ciała doskonale czarnego - niewielki otwór w
pudle wypełnionym promieniowaniem elektromagnetycznym
będącym w równowadze termodynamicznej w temperaturze
T
.
Przykład CDC - przedmiot pokryty sadzą lub czernią bizmutową.
Ciało doskonale czarne w wyższej
temperaturze emituje większą
całkowitą energię od ciała będącego w
niższej temperaturze (1).
Widmo ciała doskonale czarnego w
wyższej
temperaturze
posiada
maksimum przy krótszej
niż widmo
w temperaturze niższej – przesunięcie
maksimum widma wraz ze wzrostem
temperatury (2).
l
[ Pobierz całość w formacie PDF ]