Жылулық сәулелену. Стефан-Больцман және Вин заңдары Ультракүлгін апат. Планк формуласы. Физика, 11 сынып, презентация.

Миға шабуыл

Вольфрам қылын 3000 °С дейін қыздырғанда ол ақ түсті жарық шығарады.

Қыздырылған үтік немесе жылу батареясы жарық шығарады деп айта аламыз ба?

Кванттық физика

Жылулық сәулелену.

Стефан-Больцман және Вин заңдары Ультракүлгін апат. Планк формуласы.

Оқу мақсаттары

11.8.1.4 - Стефан-Больцман, Винн заңдарын және Планк формуласын ультракүлгін апаттын негіздеу мен абсолют қара дененің жылулық сәулеленуін сипаттау үшін қолдану

Бағалау критерийлері

Стефан-Больцман, Винн заңдары арқылы ультракүлгін апаттын негіздей алады;

Стефан-Больцман, Винн заңдары мен Планк формуласын абсолют қара дененің жылулық сәулеленуін сипаттау үшін қолданады

Жылулық сәулелену дегеніміз не?

XX ғасырдағы ғылыми ойдың ұлы жеңісі – кванттық теорияны қалыптастыруда қызған дененің сәуле шығаруын эксперименттік зерттеу үлкен рөл атқарды.

Жоғары температураға дейін қыздырғанда дене әртүрлі түске еніп, сәуле шығара бастайтынын білеміз. Мысалы, қатты қыздырылған темір, Күн, жұлдыздар, т.б.

Қызған денелердің сәуле шығарып, электромагниттік энергия таратуын жылулық сәулелену деп атайды. 

Жылулық сәулелену тек қызған денелерде бола ма?

Жарық сияқты жылулық сәулелердің барлық түрі – электромагниттік толқын түріне жатады. Олар бір-бірінен тек жиіліктеріне немесе толқын ұзындықтарына карай ажыратылады.

Жылулық сәулелену құбылысы тек қызған денелерде ғана емес, салқын денелерде де орын алады.

Дене температурасы төмендеген сайын денелер көрінбейтін инфорақызыл сәулелер шығарады.

Инфрақызыл сәулелерінің жиілігі көрінетін ақ жарықтың жиілігінен төмен.

Денелердің температурасы тым жоғары болса, олар көрінбейтін улытракүлгін сәулелер шығарады.

Ультракүлгін сәулелерінің жиілігі ақ жарықтың жиілігінен жоғары

Энергетикалық жарқырау

Дененің сәулелену қабілеті

Денелердің жылулық сәулелерді шығарумен қатар оларды жұта да алатын қасиеті бар.

Абсолют қара дене

https://bilimland.kz/kk/courses/physics-kk/kvanttyq-fizika/zharyq-kvanty/lesson/zhylulyq-saulelenu-stefan-bolczman-zangy

Абсолют қара дене энергиясы

Абсолют қара дененің сәулелену энергиясы температураға тура пропорционал өзгеретінін 1879 жылы Вена университетінің прфессоры Йосиф Стефан эксперимент жүзінде, ал 1884 жылы оның оқушысы Людвиг Больцман аналитикалық формула түрінде ашты.

Йосиф Стефан

Людвиг Больцман

Стефан – Больцман заңы

Абсолют қара дененің интегралдық энергетикалық жарқырауы тек температураға тәуелді екенін көруге болады.

Алайда бұл заң абсолют қара дененің спектрлік құрамы туралы ешқандай ақпарат бере алмады. Сондықтан алдымен абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының сәулелену қабілетінің жиілікке (толқын ұзындығына) тәуелділігі зерттелді.

Абсолют қара дененің сәулелену спектрінде энергияның таралуы біркелкі емес екені байқалады. Барлық қисықтарда айқын максимум бар, ол температура өскен сайын қысқа толқындар (1) (үлкен жиіліктер (2)) жағына қарай ығыса береді. Осы себепті де металл кесегін қыздырған кезде ол алдымен қызыл, содан кейін қызғылт сары, одан әрі ақ сары жарық шығарады.

Винның ығысу заңы

Абсолют қара дененің энергетикалық жарқырауының сәулелену қабілетінің максиму-мына сәйкес келетін толқын ұзындығы (жиілігі) дененің абсолют температурасына тура пропорционал:

Ультракүлгін апаты

Классикалық физика температура артқан сайын дененің шығаратын сәулелерінің толқын ұзындығы азаятындығын (жиілігінің артатынын) түсіндіре алмады. Себебі оның заңдылықтарына сәйкес жиілік артқан сайын сәулелену интенсивтілігі де артуы қажет еді. Ал бұл жағдайда дене температурасының максимумына жеткеннен кейін ол азая бастады. Бұндай теория мен эксперименттік бақылаулар фактілерінің арасындағы қарама-қайшылық сол кездегі физиктер арасында ультракүлгін апаты деген атпен танымал болды.

Планк гипотезасы

1900 жылы Макс Планк бұл парадоксты түсіндіру үшін өзінің жарықтың үзіктілігі туралы гипотезасын ұсынуына жол ашты.

Планк гипотезасы: Абсолют қара дене жылулық сәулелерді үздіксіз шығара да, жұта да алмайды; ол сәулені тек үзікті үлес - квант түрінде ғана шығарады немесе жұтады.

Сәуле арқылы тарайтын немесе жұтылатын бір үлес энергия квант деп аталады.

Планк формуласы

Жылулық сәулеленудің қолданылуы

Қатты қыздырылған денелердің температурасын анықтау үшін Стефан – Больцман заңының негізінде жасалған құралдар қолданылады. Мұндай тәсілді пирометрия деп, ал аспаптар пирометрлер деп аталады. Жылудидар (тепловизоры) деп аталатын құралдар арқылы инфрақызыл сәулелерді «көруге» болады. Осы сәулелердің көмегімен түрлі заттардың беттеріндегі сызықтар, ақаулар анықталады және өндірісте, түрлі технологиялық процестерде, автосервистерде сапаны анықтауға мүмкіндік береді. Медицинада ИҚ (инфрақызыл) – термография әдісімен адам ағзасындағы қабыну, ісіктер мен қан айналуның бұзылуы сияқты көптеген ауруларды, анықтауға мүмкіндік береді.

Есептер шығару

Дескрипторлары:

Есептің қысқаша берілгенін жазады;

Қажетті физикалық формулаларды қолданады;

Математикалық түрлендірулер мен есептеулер жүргізеді

Есептің жауабын дұрыс анықтайды.

Бағалау критерийлері

Стефан-Больцман, Винн заңдары арқылы ультракүлгін апаттын негіздей алады;

Стефан-Больцман, Винн заңдары мен Планк формуласын абсолют қара дененің жылулық сәулеленуін сипаттау үшін қолданады

Рефлексия

Не білдім?

Не үйрендім?

Не қиындық тудырды?