Практическое занятие № 1.
Тема: Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина.
Цель занятия: Ознакомиться с основными законами теплового излучения.
Время, отведённое на проведение занятия 2 часа.
Порядок проведения занятия:
повторить теоретический материал;
решить типовые задачи;
решить самостоятельно предложенные задачи.
Основные теоретические положения.
Определения:
1) Энергетическая (интегральная) светимость
, где
- мощность, излучаемая с поверхности площадью S.
2) Излучательная способность (спектральная плотность энергетической светимости)
или
.
l - длина волны,
w - частота (круговая частота)
Законы: 1) Стефана – Больцмана
, где s = 5,7×10-8
2) I закон Вина
, где b = 2,9×10-3 м×К.
3) II закон Вина
где с¢=1,3×10-5
lmax – длина волны, на которую приходится максимум излучения,
rmax – максимальное значение r.
4) Гипотеза Планка: энергия излучается и поглощается порциями.
e = hn
5) Формула Планка
где
; e = 2,7;
Дж/К.
Типовые задачи
1) Вычислить lmax для человека (t = 37°С), электрической лампочки (t » 2500°C), Солнца (t = 5600°C) ядерного взрыва (t » 2×107°C).
;
2) Вычислить мощность теплового излучения Солнца (считая, что
м, T » 6000 К, коэффициент черноты = 1).
Þ
3) Оценить
для человека
Задачи для самостоятельного решения.
1) Вычислить суточные потери энергии для человека, считая, что площадь его тела S = 2м2, а температура окружающей среды
1) -20°С.
2) +20°С.
Сравнить с энергией, получаемой с продуктами питания.
2) Оценить энергию кванта, соответствующего lmax для человека.
3) Установить связь между
;
4) Вывести из формулы Планка формулы Релея – Джинса и Вина.
Если l велико (формула Р-Д), то
Если l мало (формула В), то
5) Вывести из формулы Планка законы Вина
Используем условие экстремальности
Þ
обозначая
, получаем
Полагая
, имеем x » 5, т.е
Þ lmax и rmax
6) Вывести из формулы Планка законы Релея – Джинса.
R =
. Используем справочный интеграл
Дополнительные задачи
В.С Волькенштейн “Сборник задач по общему курсу физики” (18.5; 18.6; 18.9; 18.12; 18.15; 18.20).
Теоретические вопросы (для проверки усвоения)
1. Какова природа теплового излучения?
2. Чем интересно тепловое излучение?
3. Как формулируются законы Стефана – Больцмана и Вина?
4. Сформулируйте гипотезу Планка.
5. В чем сущность инфракрасной и ультрафиолетовой катастроф?
6. Выглядит график r(l)?
7. Какое тело при равной температуре светит ярче черное или белое?
8. Как формулируется закон Кирхгофа?
9. Что является примером черного тела?
Литература:
Трофимова Т.И., Курс физики. М.: Высшая школа, 2002 – 367-374 с.
Тема: Специальная теория относительности. Цель занятия: Вывести преобразования Лоренца, рассмотреть законы релятивистской динамики и их следствия.
Тема: Законы фотоэффекта. Эффект Комптона. Цель занятия: Изучить законы квантовой теории излучения.
Тема: Теория атома водорода по Бору. Цель занятия: Рассчитать характеристики траектории электрона в водородном атоме.
Тема: Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Цель занятия: Ознакомиться с волновыми свойствами микрочастиц и правилами расчёта длины волны де Брой.
Тема: Контрольная работа № 1.
Тема: Уравнение Шредингера. Решение уравнения Шредингера для стационарных состояний. Цель занятия: Ознакомить студентов с основами квантовой механики.
Тема: Квантовая модель атома водорода. Квантовые числа. Цель занятия: Ознакомить студентов с особенностями движения микрочастиц.
Тема: Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Теория теплоемкости по Эйнштейну. Цель занятия: Рассмотреть основы квантовой теории системы частиц.
Тема: Квантовая теория свободных электронов в металле. Цель занятия: Изучить особенности квантовой теории теплоёмкости.
Семинарское занятие Тема: “Нерелятивистская квантовая механика” (коллоквиум) Цель занятия: Проверить степень усвоения квантовой теории.
Тема: Атомное ядро. Закон радиоактивного распада. Правило смещения. Цель занятия: Изучить законы радиоактивного распада.
Тема Ядерные реакции. Цель занятия: Изучить экзоэнергетические реакции деления и синтеза.
