Сборник задач по физике Курс лекций по физике Оптика Кинематика Теплопроводность

Лекции по физике теория газов

Что же такое лучистый теплообмен? Лучистым теплообменом называется процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитного излучения.

Лучистая энергия представляет собой энергию электромагнитных колебаний с различными длинами волн, которые исходят от тела и распространяются в вакууме со скоростью света с=3∙108. Обычно рассматривается так называемое тепловое излучение, которому соответствуют длины волн от 0,4 до 40 мк. Такие лучи могут поглощаться другими телами, причем при поглощении их лучистая энергия снова переходит в тепловую. Возбудителями электромагнитных волн являются заряженные материальные частицы, т. е. электроны и ионы, входящие в состав вещества. При этом колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты; излучение, обусловленное движением электронов, может иметь высокую частоту, если они входят в состав атомов и молекул и удерживаются около своего равновесия значительными силами

Лучистая энергия Солнца лучше поглощается темной футболкой. Поэтому ее внутренняя энергия быстро возрастает, и правому мальчику будет жарко.Известно, что летом в черной футболке лучше не выходить на улицу, потому что она сильно нагревается под лучами Солнца; в белой футболке заметно прохладнее. Это и многие другие наблюдения приводят нас к обобщению: темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые. Особенно плохо поглощают лучистую энергию отполированные, зеркальные тела, так как основную долю падающего на них излучения (например, света) они отражают обратно

В XIX веке немецкий физик Г. Кирхгоф установил закон, из которого следует, что тела, интенсивно поглощающие энергию, также интенсивно будут ее излучать. Рассмотрим пример, подтверждающий эту закономерность.

Проделаем опыт с физическим прибором "куб Лесли". Одна грань куба выкрашена черной краской, вторая – белой краской, а третья – отполирована до зеркального блеска (куб металлический). Внутрь наливают кипяток. Поднося ладонь на равное расстояние к различным граням, нетрудно заметить, что черная грань сильно излучает тепло, а белая и зеркальная грани – гораздо слабее (заварочные чаиники белые как и многая посуда)

Опыт с кубом Лесли показывает, что белая, а особенно зеркальная грани куба слабее излучают энергию, чем черная грань. Другими словами, мощность излучения, испускаемого гранями, не одинакова.

Излучение испускают все тела: большие и маленькие, твердые и жидкие, горячие и холодные, светящиеся и темные. Однако при повышении температуры мощность теплового излучения всех тел увеличивается, то есть ежесекундно тело начинает излучать больше теплоты. Характер излучения существенно зависит от температуры тела. Например, горячий чайник ежесекундно отдает окружающей среде больше теплоты, чем теплый чайник – проверьте на опыте!

Лучеиспускание свойственно всем телам, при этом излучение энергии происходит непрерывно в результате сложных внутриатомных возмущений, интенсивность которых определяется температурой тела..

При попадании лучистой энергии на какое-либо тело поглощается лишь часть этой энергии; другая ее часть отражается, а некоторая часть проходит сквозь тело. Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно черными. Тела, полностью отражающие падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно белыми, а тела, пропускающие всю падающую на них энергию, – абсолютно прозрачными.

Абсолютно черных, белых и прозрачных тел в природе не существует. Практически прозрачными телами являются одно- и двухатомные газы – воздух, азот, кислород, водород и др. Твердые тела и жидкости для тепловых лучей непрозрачны.

Поглощение и отражение лучистой энергии твердыми телами в значительной степени зависит от состояния их поверхности: гладкие и полированные поверхности обладают высокой отражательной способностью; шероховатые поверхности, наоборот, обладают высокой поглощательной способностью. Наиболее высокой поглощательной способностью, близкой к абсолютно черному телу, обладает сажа, которая поглощает 90 – 96% падающей на нее лучистой энергии.

Другой опыт показывает, что мощность излучения зависит не только от температуры излучающего тела, но и от его цвета. Сильнее всего излучают при данной температуре черные тела, гораздо слабее — белые или зеркальные.

Радиоактивность

 Радиоактивность есть самопроизвольное изменение состава ядра, происходящее за время, существенно большее характерного ядерного времени (10-22с). Условились считать, что изменение состава ядра должно происходить не раньше, чем через 10-12 с после его рождения. Распады ядер часто происходят  значительно быстрее, но такие распады не принято относить к радиоактивным. Время 10-12с в ядерных масштабах должно считаться очень большим. За такое время совершается множество внутриядерных процессов и ядро успевает полностью сформироваться.

  Ядра, подверженные радиоактивным превращениям называют радиоактивными, а не подверженные  - стабильными. Большая часть радиоактивных ядер получена искусственно путем бомбардировки мишеней различными частицами.

 Различают a - распад, b - распад и g - излучение.

1. При a - распаде из ядра вылетает a - частица (ядро атома гелия ):.

2. При b - распаде ядро испускает электрон   или позитрон . При электронном b - распаде один из нейтронов ядра превращается в протон  и при этом из ядра вылетает электрон и электронное антинейтрино. При позитронном b - распаде один из протонов ядра превращается в нейтрон  и при этом из ядра вылетает позитрон  и электронное нейтрино.

3. g - излучением называется электромагнитное излучение, возникающее при переходе атомных ядер из возбужденных в менее возбужденные или основное состояния. g - излучение обычно сопровождает ядерные реакции. Длины волн g - излучения лежат в диапазоне » 10-10¸2×10-13м, а энергия g - квантов лежит в пределах от » 10кэВ до 5МэВ.

Количество теплоты. Единицы измерения количества теплоты. Количество теплоты - энергия, которую тело теряет или получает при теплопередаче. Единица измерения: Джоуль, по определению. Опыт: Количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при остывании), зависит: " от рода вещества, из которого состоит тело, " от массы этого тела, " от величины изменения его температуры.
На главную