پس تابش حرارتی چیست؟

تابش حرارتی تابش الکترومغناطیسی است که در اثر انرژی حرکت چرخشی و ارتعاشی اتم ها و مولکول ها در ترکیب یک ماده رخ می دهد. تشعشع حرارتی مشخصه تمام اجسامی است که دمای آنها بیش از دمای صفر مطلق است.

تابش حرارتی بدن انسان متعلق به طیف مادون قرمز امواج الکترومغناطیسی است. برای اولین بار چنین تشعشعی توسط ستاره شناس انگلیسی ویلیام هرشل کشف شد. در سال 1865، فیزیکدان انگلیسی جی. ماکسول ثابت کرد که تابش مادون قرمز ماهیت الکترومغناطیسی دارد و طول موج آن 760 است. نانومترتا 1-2 میلی متر. اغلب، کل محدوده تابش IR به مناطق تقسیم می شود: نزدیک (750 نانومتر-2.500نانومتر، متوسط ​​(2.500 نانومتر - 50.000نانومتر) و دور (50000 نانومتر-2.000.000نانومتر).

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که جسم A در حفره B قرار دارد، که توسط یک پوسته بازتابی ایده‌آل (غیر قابل نفوذ در برابر تشعشع) C محدود شده است (شکل 1). در نتیجه انعکاس چندگانه از سطح داخلی پوسته، تابش در داخل حفره آینه باقی می‌ماند و تا حدی توسط بدن A جذب می‌شود. در چنین شرایطی، حفره سیستم B - بدن A انرژی خود را از دست نمی‌دهد، بلکه فقط به صورت مداوم انرژی خود را از دست می‌دهد. تبادل انرژی بین جسم A و تشعشعی که حفره B را پر می کند رخ می دهد.

عکس. 1. بازتاب چندگانه امواج حرارتی از دیواره های آینه ای حفره B

اگر توزیع انرژی برای هر طول موج بدون تغییر باقی بماند، آنگاه وضعیت چنین سیستمی در حالت تعادل خواهد بود و تابش نیز در حالت تعادل خواهد بود. تنها نوع تابش تعادل حرارتی است. اگر به دلایلی تعادل بین تشعشع و بدن تغییر کند، چنین فرآیندهای ترمودینامیکی شروع می شود که سیستم را به حالت تعادل باز می گرداند. اگر بدن A بیش از آنچه جذب می کند شروع به تابش کند، آنگاه بدن شروع به از دست دادن انرژی درونی می کند و دمای بدن (به عنوان معیار انرژی داخلی) شروع به کاهش می کند که باعث کاهش مقدار انرژی تابشی می شود. دمای بدن کاهش می یابد تا زمانی که مقدار انرژی ساطع شده با مقدار انرژی جذب شده توسط بدن برابر شود. بنابراین، یک حالت تعادل فرا خواهد رسید.

تابش حرارتی تعادل دارای خواص زیر است: همگن (چگالی شار انرژی یکسان در تمام نقاط حفره)، همسانگرد (جهت های انتشار احتمالی متوازن است)، غیر قطبی (جهت ها و مقادیر بردارهای میدان های الکتریکی و مغناطیسی). در تمام نقاط حفره به طور تصادفی تغییر می کند).

ویژگی های کمی اصلی تابش حرارتی عبارتند از:

- درخشندگی انرژی - این مقدار انرژی تابش الکترومغناطیسی در کل محدوده طول موج تابش حرارتی است که توسط بدن در تمام جهات از یک واحد سطح در واحد زمان تابش می شود: R \u003d E / (S t)، [J / (m 2 s)] \u003d [W /m 2] درخشندگی انرژی به ماهیت بدن، دمای بدن، وضعیت سطح بدن و طول موج تابش بستگی دارد.

- چگالی طیفی درخشندگی انرژی - درخشندگی انرژی بدن برای طول موج های معین (λ + dλ) در دمای معین (T + dT): R λ,T = f(λ, T).

درخشندگی جسم در طول موج های معین با ادغام R λ,T = f(λ, T) برای T = const محاسبه می شود:

- ضریب جذب - نسبت انرژی جذب شده توسط بدن به انرژی فرود. بنابراین، اگر تابش جریان سقوط dF روی بدن بیفتد، یک قسمت از آن از سطح بدن منعکس می شود - dФ neg، قسمت دیگر به بدن می رود و تا حدی به گرمای جذب dF تبدیل می شود و قسمت سوم، پس از چندین بازتاب داخلی، از بدن به سمت بیرون عبور می کند dФ pr : α = dF جذب / dФ سقوط می کند.

ضریب جذب α به ماهیت جسم جذب کننده، طول موج تابش جذب شده، دما و وضعیت سطح بدن بستگی دارد.

- ضریب جذب تک رنگ- ضریب جذب تابش حرارتی یک طول موج معین در دمای معین: α λ,T = f(λ,T)

در بین اجسام چنین اجسامی وجود دارند که می توانند تمام تشعشعات حرارتی با هر طول موجی را که روی آنها بیفتد جذب کنند. چنین اجسام کاملاً جذب کننده نامیده می شوند بدن های کاملا سیاه. برای آنها α = 1.

اجسام خاکستری نیز وجود دارند که α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

مدل بدنه سیاه یک دهانه کوچک از حفره با پوسته ای غیر قابل نفوذ در برابر حرارت است. قطر سوراخ بیش از 0.1 قطر حفره نیست. در دمای ثابت مقداری انرژی از سوراخ ساطع می شود که مربوط به درخشندگی انرژی یک جسم کاملا سیاه است. اما ABB یک ایده آل سازی است. اما قوانین تابش حرارتی یک جسم سیاه به نزدیک شدن به الگوهای واقعی کمک می کند.

2. قوانین تابش حرارتی

1. قانون کیرشهوف. تشعشعات حرارتی تعادل هستند - چه مقدار انرژی توسط بدن ساطع می شود، بنابراین مقدار زیادی از آن توسط آن جذب می شود. برای سه جسم در یک حفره بسته می توانیم بنویسیم:

نسبت نشان داده شده حتی زمانی که یکی از بدنه ها AF باشد درست خواهد بود:

زیرا برای جسم سیاه α λT .
این قانون کیرشهوف است: نسبت چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم به ضریب جذب تک رنگ آن (در دمای معین و برای یک طول موج معین) به ماهیت جسم بستگی ندارد و برای تمام اجسام یکسان است. چگالی طیفی درخشندگی انرژی در دما و طول موج یکسان.

پیامدهای قانون کیرشهوف:
1. درخشندگی انرژی طیفی یک جسم سیاه تابعی جهانی از طول موج و دمای بدن است.
2. درخشندگی انرژی طیفی جسم سیاه بزرگترین است.
3. درخشندگی انرژی طیفی یک جسم دلخواه برابر است با حاصل ضرب ضریب جذب آن و درخشندگی انرژی طیفی جسم کاملاً سیاه.
4. هر جسمی در دمای معین، امواجی با همان طول موجی که در دمای معین از خود ساطع می کند، ساطع می کند.

مطالعه سیستماتیک طیف تعدادی از عناصر به کیرشهوف و بونسن اجازه داد تا یک رابطه روشن بین طیف جذب و انتشار گازها و فردیت اتم های مربوطه برقرار کنند. بنابراین پیشنهاد شد تحلیل طیفی، که می تواند برای تشخیص موادی که غلظت آنها 0.1 نانومتر است استفاده شود.

توزیع چگالی طیفی درخشندگی انرژی برای یک جسم سیاه، یک جسم خاکستری، یک جسم دلخواه. آخرین منحنی دارای چندین ماکزیمم و حداقل است که نشان دهنده گزینش پذیری تابش و جذب چنین اجسامی است.

2. قانون استفان بولتزمن.
در سال 1879، دانشمندان اتریشی جوزف استفان (به طور تجربی برای یک جسم دلخواه) و لودویگ بولتزمن (به طور نظری برای یک جسم سیاه) ثابت کردند که درخشندگی انرژی کل در کل محدوده طول موج با توان چهارم دمای مطلق بدن متناسب است:

3. قانون شراب.
ویلهلم وین فیزیکدان آلمانی در سال 1893 قانونی را تدوین کرد که موقعیت حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم را در طیف تابش یک جسم سیاه بسته به دما تعیین می کند. طبق قانون، طول موج λmax، که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه را به حساب می‌آورد، با دمای مطلق آن تناسب معکوس دارد: λ max \u003d w / t، که در آن w \u003d 2.9 * 10 - 3 متر K ثابت وین است.

بنابراین، با افزایش دما، نه تنها انرژی کل تابش تغییر می کند، بلکه شکل منحنی توزیع چگالی طیفی درخشندگی انرژی نیز تغییر می کند. حداکثر چگالی طیفی با افزایش دما به سمت طول موج های کوتاه تر تغییر می کند. بنابراین قانون وین را قانون جابجایی می نامند.

قانون وین اعمال می شود در پیرومتری نوری- روشی برای تعیین دما از طیف انتشار اجسام به شدت گرم شده که دور از ناظر هستند. با این روش بود که دمای خورشید برای اولین بار (برای 470 نانومتر T = 6160K) تعیین شد.

قوانین ارائه شده امکان یافتن معادلات برای توزیع چگالی طیفی درخشندگی انرژی بر طول موج ها را به لحاظ نظری ممکن نمی سازد. آثار ریلی و جین، که در آن دانشمندان ترکیب طیفی تابش جسم سیاه را بر اساس قوانین فیزیک کلاسیک مطالعه کردند، منجر به مشکلات اساسی به نام فاجعه فرابنفش شد. در محدوده امواج UV، درخشندگی انرژی جسم سیاه باید به بی نهایت می رسید، اگرچه در آزمایشات به صفر کاهش یافت. این نتایج با قانون بقای انرژی در تضاد بود.

4. نظریه پلانک. یک دانشمند آلمانی در سال 1900 این فرضیه را مطرح کرد که اجسام به طور مداوم ساطع نمی کنند، بلکه در بخش های جداگانه - کوانتوم ها. انرژی کوانتومی متناسب با فرکانس تابش است: E = hν = h·c/λ، که در آن h = 6.63*10 -34 J·s ثابت پلانک است.

او با هدایت مفاهیم تابش کوانتومی یک جسم سیاه، معادله ای برای چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه به دست آورد:

این فرمول با داده های تجربی در کل محدوده طول موج در تمام دماها مطابقت دارد.

خورشید منبع اصلی تشعشعات حرارتی در طبیعت است. تابش خورشیدی طیف گسترده ای از طول موج ها را اشغال می کند: از 0.1 نانومتر تا 10 متر یا بیشتر. 99 درصد انرژی خورشیدی در محدوده 280 تا 6000 قرار دارد نانومتر. در کوهستان ها از 800 تا 1000 وات بر متر مربع در واحد سطح زمین می افتد. یک دو میلیاردم گرما به سطح زمین می رسد - 9.23 J / cm2. برای محدوده تابش حرارتی از 6000 تا 500000 نانومتر 0.4 درصد از انرژی خورشید را تشکیل می دهد. در جو زمین، بیشتر تابش مادون قرمز توسط مولکول های آب، اکسیژن، نیتروژن، دی اکسید کربن جذب می شود. محدوده رادیویی نیز بیشتر توسط جو جذب می شود.

مقدار انرژی که پرتوهای خورشید در 1 ثانیه به مساحت 1 متر مربع در خارج از جو زمین در ارتفاع 82 کیلومتری عمود بر پرتوهای خورشید قرار دارد، ثابت خورشیدی نامیده می شود. برابر با 1.4 * 10 3 W / m 2 است.

توزیع طیفی چگالی شار نرمال تابش خورشیدی با آن برای جسم سیاه در دمای 6000 درجه منطبق است. بنابراین خورشید نسبت به تابش حرارتی یک جسم سیاه است.

3. تشعشع اجسام واقعی و بدن انسان

تشعشعات حرارتی از سطح بدن انسان نقش مهمی در انتقال حرارت دارد. چنین روش هایی برای انتقال حرارت وجود دارد: هدایت حرارتی (رسانایی)، همرفت، تابش، تبخیر. بسته به شرایطی که فرد در آن قرار می گیرد، هر یک از این روش ها می تواند غالب باشد (مثلاً در دمای بسیار بالا، تبخیر نقش اصلی را ایفا می کند و در آب سرد، هدایت و دمای آب 15 درجه است. محیط کشنده برای یک فرد برهنه، و پس از 2-4 ساعت غش و مرگ به دلیل هیپوترمی مغز رخ می دهد). سهم تشعشع در کل انتقال حرارت می تواند از 75 تا 25 درصد باشد. در شرایط عادی، حدود 50٪ در استراحت فیزیولوژیکی.

تابش حرارتی که در زندگی موجودات زنده نقش دارد، به موج کوتاه (از 0.3 تا 3) تقسیم می شود. میکرومتر)و موج بلند (از 5 تا 100 میکرون). منبع تشعشعات موج کوتاه خورشید و شعله باز است و موجودات زنده منحصراً دریافت کننده این تابش هستند. تابش امواج بلند هم توسط موجودات زنده ساطع و جذب می شود.

مقدار ضریب جذب به نسبت دمای محیط و بدن، ناحیه برهمکنش آنها، جهت گیری این مناطق و برای تابش موج کوتاه - به رنگ سطح بستگی دارد. بنابراین در سیاه پوستان تنها 18 درصد از تابش موج کوتاه منعکس می شود، در حالی که در افراد نژاد سفید حدود 40 درصد (به احتمال زیاد، رنگ پوست سیاه پوستان در تکامل ارتباطی با انتقال حرارت نداشته است). برای تابش با طول موج بلند، ضریب جذب نزدیک به 1 است.

محاسبه انتقال حرارت توسط تشعشع کار بسیار دشواری است. برای اجسام واقعی، قانون استفان بولتزمن نمی تواند استفاده شود، زیرا آنها وابستگی پیچیده تری از درخشندگی انرژی به دما دارند. معلوم می شود که به دما، ماهیت بدن، شکل بدن و وضعیت سطح آن بستگی دارد. با تغییر دما، ضریب σ و توان دما تغییر می کند. سطح بدن انسان پیکربندی پیچیده ای دارد، فرد لباس هایی می پوشد که تابش را تغییر می دهد، این روند تحت تأثیر وضعیتی است که فرد در آن قرار دارد.

برای یک جسم خاکستری، قدرت تابش در کل محدوده با فرمول تعیین می شود: P = α s.t. σ T 4 S با در نظر گرفتن اجسام واقعی (پوست انسان، پارچه های لباس) نزدیک به اجسام خاکستری با تقریب های مشخص، می توانیم فرمولی برای محاسبه توان تابش اجسام واقعی در دمای معین پیدا کنیم: دماهای P = α σ T 4 S. از جسم تابشی و محیط: P = α σ (T 1 4 - T 2 4) S
ویژگی هایی از چگالی طیفی درخشندگی انرژی اجسام واقعی وجود دارد: در 310 بهکه با میانگین دمای بدن انسان مطابقت دارد، حداکثر تابش حرارتی روی 9700 می افتد. نانومتر. هر گونه تغییر در دمای بدن منجر به تغییر قدرت تابش حرارتی از سطح بدن می شود (0.1 درجه کافی است). بنابراین، مطالعه مناطق پوستی مرتبط با اندام های خاص از طریق سیستم عصبی مرکزی به شناسایی بیماری ها کمک می کند، در نتیجه دما به طور قابل توجهی تغییر می کند. ترموگرافی مناطق زاخارین-گد).

روش جالب ماساژ بدون تماس با بیوفیلد انسانی (جونا داویتاشویلی). قدرت تابش حرارتی کف دست 0.1 سه شنبهو حساسیت حرارتی پوست 0001/0 وات بر سانتی متر مربع است. اگر روی مناطق فوق الذکر عمل کنید، می توانید به طور انعکاسی کار این اندام ها را تحریک کنید.

4. اثر بیولوژیکی و درمانی گرما و سرما

بدن انسان دائما تشعشعات گرمایی ساطع و جذب می کند. این فرآیند به دمای بدن انسان و محیط بستگی دارد. حداکثر تشعشع IR بدن انسان روی 9300 نانومتر است.

در دوزهای کم و متوسط ​​تابش اشعه مادون قرمز، فرآیندهای متابولیکی افزایش یافته و واکنش‌های آنزیمی، بازسازی و فرآیندهای ترمیم تسریع می‌شوند.

در نتیجه عمل پرتوهای مادون قرمز و تابش مرئی، مواد فعال بیولوژیکی در بافت ها تشکیل می شود (برادی کینین، کالیدین، هیستامین، استیل کولین، عمدتاً مواد وازوموتور که در اجرا و تنظیم جریان خون موضعی نقش دارند).

در نتیجه اثر اشعه مادون قرمز، گیرنده های حرارتی در پوست فعال می شوند، اطلاعاتی که از آنها وارد هیپوتالاموس می شود، در نتیجه رگ های پوست منبسط می شوند، حجم خون در گردش در آنها افزایش می یابد و تعریق افزایش می یابد.

عمق نفوذ پرتوهای مادون قرمز به طول موج، رطوبت پوست، درجه رنگدانه و غیره بستگی دارد.

اریتم قرمز در پوست انسان تحت تأثیر اشعه مادون قرمز ظاهر می شود.

در عمل بالینی برای تأثیر بر همودینامیک موضعی و عمومی، افزایش تعریق، شل کردن عضلات، کاهش درد، تسریع در جذب هماتوم، نفوذ و غیره استفاده می شود.

در شرایط هایپرترمی، اثر ضد توموری پرتودرمانی - ترمورادیوتراپی - افزایش می یابد.

نشانه های اصلی استفاده از درمان مادون قرمز: فرآیندهای التهابی حاد غیر چرکی، سوختگی و سرمازدگی، فرآیندهای التهابی مزمن، زخم ها، انقباضات، چسبندگی ها، آسیب های مفاصل، رباط ها و عضلات، میوزیت، میالژی، نورالژی. موارد منع اصلی: تومورها، التهاب چرکی، خونریزی، نارسایی گردش خون.

سرماخوردگی برای توقف خونریزی، تسکین درد و درمان برخی بیماری های پوستی استفاده می شود. سفت شدن منجر به طول عمر می شود.

تحت تأثیر سرما، ضربان قلب و فشار خون کاهش می یابد و واکنش های رفلکس مهار می شود.

در دوزهای معین، سرما باعث بهبود سوختگی ها، زخم های چرکی، زخم های تروفیک، فرسایش و ورم ملتحمه می شود.

کریوبیولوژی- فرآیندهایی را که در سلول‌ها، بافت‌ها، اندام‌ها و بدن تحت تأثیر دمای پایین و غیر فیزیولوژیکی رخ می‌دهند، مطالعه می‌کند.

در پزشکی استفاده می شود سرما درمانیو هایپرترمی. کرایوتراپی شامل روش‌هایی است که بر اساس دوز خنک‌سازی بافت‌ها و اندام‌ها انجام می‌شود. کرایوسرجری (بخشی از کرایوتراپی) از انجماد موضعی بافت ها به منظور برداشتن آنها استفاده می کند (بخشی از لوزه. اگر همه - کریوتونسیلکتومی. تومورها را می توان برداشت، به عنوان مثال، پوست، دهانه رحم، و غیره) انجماد بر اساس کرایو چسبندگی (چسباندن مرطوب). بدن به یک چاقوی جراحی منجمد ) - جدا شدن از اندام قسمت.

با هیپرترمی، می توان عملکرد اندام ها را در داخل بدن برای مدتی حفظ کرد. هیپوترمی با کمک بیهوشی برای حفظ عملکرد اندام ها در غیاب تامین خون استفاده می شود، زیرا متابولیسم در بافت ها کند می شود. بافت ها به هیپوکسی مقاوم می شوند. از بیهوشی سرد استفاده کنید.

اثر گرما با استفاده از لامپ های رشته ای (لامپ Minin، سولوکس، حمام حرارتی نور، لامپ اشعه مادون قرمز) با استفاده از رسانه های فیزیکی با ظرفیت گرمایی بالا، هدایت حرارتی ضعیف و توانایی حفظ حرارت خوب انجام می شود: گل، پارافین، اوزوسریت، نفتالین و غیره

5. مبانی فیزیکی ترموگرافی تصویرگرهای حرارتی

ترموگرافی یا تصویربرداری حرارتی، یک روش تشخیصی کاربردی است که بر اساس ثبت اشعه مادون قرمز از بدن انسان است.

2 نوع ترموگرافی وجود دارد:

- ترموگرافی کلستریک تماسی: این روش از خواص نوری کریستال های مایع کلستریک (مخلوط های چند جزئی استرها و سایر مشتقات کلسترول) استفاده می کند. چنین موادی به طور انتخابی طول موج های مختلف را منعکس می کنند، که امکان به دست آوردن تصاویری از میدان حرارتی سطح بدن انسان بر روی فیلم های این مواد را فراهم می کند. جریانی از نور سفید به فیلم هدایت می شود. طول موج های مختلف بسته به دمای سطحی که کلستریک روی آن رسوب می کند، متفاوت از فیلم منعکس می شود.

تحت تأثیر دما، کلسترول ها می توانند رنگ خود را از قرمز به بنفش تغییر دهند. در نتیجه، یک تصویر رنگی از میدان حرارتی بدن انسان تشکیل می شود که با دانستن وابستگی دما به رنگ، رمزگشایی آن آسان است. کلستریک هایی وجود دارند که به شما امکان می دهند اختلاف دمای 0.1 درجه را برطرف کنید. بنابراین، می توان مرزهای فرآیند التهابی، کانون های نفوذ التهابی را در مراحل مختلف توسعه آن تعیین کرد.

در انکولوژی، ترموگرافی امکان تشخیص گره های متاستاتیک با قطر 1.5-2 را فراهم می کند. میلی متردر غده پستانی، پوست، غده تیروئید؛ در ارتوپدی و تروماتولوژی، خون رسانی به هر بخش از اندام را ارزیابی کنید، به عنوان مثال، قبل از قطع عضو، عمق سوختگی را پیش بینی کنید و غیره. در قلب و عروق و آنژیولوژی برای تشخیص نقض عملکرد طبیعی سیستم قلبی عروقی، اختلالات گردش خون در صورت بیماری لرزش، التهاب و انسداد رگ های خونی. وریدهای واریسی و غیره؛ در جراحی مغز و اعصاب، محل کانون آسیب هدایت عصبی را تعیین کنید، محل فلج عصبی ناشی از آپوپلکسی را تأیید کنید. در مامایی و زنان برای تعیین بارداری، محلی سازی محل کودک؛ تشخیص طیف گسترده ای از فرآیندهای التهابی.

- تله ترموگرافی - مبتنی بر تبدیل تابش مادون قرمز بدن انسان به سیگنال های الکتریکی است که بر روی صفحه نمایش یک تصویرگر حرارتی یا دستگاه ضبط دیگر ضبط می شود. روش غیر تماسی است.

تشعشعات IR توسط سیستمی از آینه ها درک می شود و پس از آن پرتوهای IR به یک گیرنده موج IR هدایت می شوند که بخش اصلی آن یک آشکارساز است (مقاومت نوری، بلومتر فلزی یا نیمه هادی، ترمو المنت، نشانگر فتوشیمیایی، مبدل الکترون-اپتیکی، پیزوالکتریک). آشکارسازها و غیره).

سیگنال های الکتریکی از گیرنده به تقویت کننده و سپس به دستگاه کنترل منتقل می شود که برای حرکت آینه ها (اسکن اشیاء)، گرم کردن منبع نور نقطه ای TIS (متناسب با تابش حرارتی) و حرکت فیلم عمل می کند. هر بار که فیلم با TIS با توجه به دمای بدن در محل مطالعه روشن می شود.

پس از دستگاه کنترل، سیگنال را می توان به یک سیستم کامپیوتری با نمایشگر منتقل کرد. این اجازه می دهد تا ترموگرام ها را به خاطر بسپارید و آنها را با کمک برنامه های تحلیلی پردازش کنید. فرصت‌های بیشتری توسط تصویرگرهای حرارتی رنگی فراهم می‌شود (رنگ‌های نزدیک به دما باید با رنگ‌های متضاد مشخص شوند)، و ایزوترم‌ها را می‌توان ترسیم کرد.

بسیاری از شرکت ها اخیراً به این واقعیت پی برده اند که گاهی اوقات "دسترسی" به یک مشتری بالقوه بسیار دشوار است، حوزه اطلاعاتی او به قدری مملو از انواع مختلف پیام های تبلیغاتی است که به سادگی قابل درک نیستند.
فروش فعال تلفن در حال تبدیل شدن به یکی از موثرترین روش ها برای افزایش فروش در مدت زمان کوتاه است. تماس های سرد با هدف جذب مشتریانی است که قبلاً برای یک محصول یا خدمات درخواست نداده اند، اما به دلیل تعدادی از عوامل مشتریان بالقوه هستند. پس از گرفتن شماره تلفن، مدیر فروش فعال باید هدف تماس سرد را به وضوح درک کند. به هر حال، مکالمات تلفنی به مهارت و حوصله ویژه مدیر فروش و همچنین دانش تکنیک و روش مذاکره نیاز دارد.

قوانین تابش حرارتی گرمای تابشی.

شاید برای کسی این خبر باشد، اما انتقال دما نه تنها از طریق رسانش گرما از طریق لمس یک جسم به بدن دیگر اتفاق می افتد. هر جسم (جامد، مایع و گاز) پرتوهای حرارتی موج خاصی را ساطع می کند. این پرتوها با خروج از یک بدن، توسط بدن دیگری جذب شده و گرما می گیرند. و من سعی خواهم کرد به شما توضیح دهم که چگونه این اتفاق می افتد و چقدر گرما را در خانه با این تابش از دست می دهیم. (فکر می کنم خیلی ها علاقه مند به دیدن این ارقام خواهند بود). در پایان مقاله از یک مثال واقعی مشکلی را حل خواهیم کرد.

این مقاله شامل فرمول های سه سطحی و عبارات انتگرال برای ریاضیدانان خواهد بود، اما شما نباید از آنها بترسید، حتی ممکن است در این فرمول ها عمیق نشوید. در مسئله به شما فرمول هایی می دهم که یکی دو تا قابل حل هستند و حتی نیازی به دانستن ریاضیات بالاتر نیست، کافی است که حساب ابتدایی را بدانید.

من بیش از یک بار به این متقاعد شدم که با نشستن در کنار آتش (معمولاً بزرگ) صورتم توسط این پرتوها سوخته است. و اگر با کف دستم آتش را می پوشاندم و در همان حال بازوانم را دراز می کردم، معلوم می شد که صورتم از سوختن باز می ماند. حدس زدن اینکه این پرتوها مثل نور مستقیم هستند کار سختی نیست. نه هوای گردش در اطراف آتش است که مرا می سوزاند و نه حتی هوا، بلکه پرتوهای گرمای مستقیم و نامرئی است که از آتش می آید.

در فضا معمولاً بین سیارات خلاء وجود دارد و بنابراین انتقال دما منحصراً توسط پرتوهای حرارتی انجام می شود (همه پرتوها امواج الکترومغناطیسی هستند).

تابش حرارتی ماهیتی مانند نور و پرتوهای الکترومغناطیسی (امواج) دارد. به سادگی، این امواج (پرتوها) دارای طول موج های متفاوتی هستند.

به عنوان مثال، طول موج های بین 0.76 - 50 میکرون را مادون قرمز می نامند. تمام اجسام با دمای اتاق +20 درجه سانتیگراد امواج مادون قرمز را با طول موج نزدیک به 10 میکرون ساطع می کنند.

هر جسمی، اگر فقط دمای آن با صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد) متفاوت باشد، قادر است تابش را به فضای اطراف بفرستد. بنابراین، هر جسمی پرتوهایی را به اجسام اطراف می تاباند و به نوبه خود تحت تأثیر تابش این اجسام قرار می گیرد.

هر مبلمانی در خانه (صندلی، میز، دیوارها و حتی مبل) اشعه های گرما ساطع می کند.

تشعشعات حرارتی می توانند جذب شوند یا از بدن عبور کنند یا به سادگی از بدن منعکس شوند. انعکاس پرتوهای گرما مشابه انعکاس پرتو نور از آینه است. جذب تشعشعات گرمایی شبیه به گرم شدن سقف سیاه از پرتوهای خورشید است. و نفوذ یا عبور پرتوها مشابه نحوه عبور پرتوها از شیشه یا هوا است. رایج ترین نوع تابش الکترومغناطیسی در طبیعت، تابش حرارتی است.

از نظر خواص بسیار نزدیک به یک جسم سیاه، به اصطلاح تابش باقیمانده یا پس زمینه مایکروویو کیهانی است - تشعشعی که جهان را با دمای حدود 3 کلوین پر می کند.

به طور کلی، در علم مهندسی حرارت، به منظور توضیح فرآیندهای تابش حرارتی، استفاده از مفهوم جسم سیاه به منظور توضیح کیفی فرآیندهای تابش حرارتی راحت است. فقط یک جسم سیاه می تواند محاسبات را به نحوی تسهیل کند.

همانطور که در بالا توضیح داده شد، هر بدنی قادر است:

بدن سیاه- این جسمی است که انرژی حرارتی را به طور کامل جذب می کند، یعنی پرتوها را منعکس نمی کند و تابش حرارتی از آن عبور نمی کند. اما فراموش نکنید که بدن سیاه انرژی گرمایی ساطع می کند.

بنابراین، اعمال محاسبات برای این بدن بسیار آسان است.

اگر بدن جسم سیاه نباشد چه مشکلاتی در محاسبه پیش می آید؟

جسمی که جسم سیاه نیست این عوامل را دارد:

این دو عامل آنقدر حساب را پیچیده می کند که «مامان گریه نکن». شمردن خیلی سخته و دانشمندان در این مناسبت واقعاً نحوه محاسبه بدن خاکستری را توضیح ندادند. ضمناً بدن خاکستری بدنی است که بدن سیاه نباشد.

یک مفهوم نیز وجود دارد: بدنه سفید و بدنه شفاف، اما در زیر بیشتر توضیح می دهیم.

تابش حرارتیفرکانس‌های متفاوتی دارد (امواج متفاوت) و هر جسم فردی می‌تواند موج متفاوتی از تابش داشته باشد. علاوه بر این، هنگامی که دما تغییر می کند، این طول موج می تواند تغییر کند و شدت آن (قدرت تابش) نیز می تواند تغییر کند.

همه این عوامل فرآیند را به قدری پیچیده خواهند کرد که یافتن یک فرمول جهانی برای محاسبه تلفات انرژی ناشی از تابش دشوار است. و بنابراین در کتابهای درسی و در هر ادبیاتی از بدنه سیاه برای محاسبه استفاده می شود و سایر اجسام خاکستری به عنوان بخشی از بدن سیاه استفاده می شود. برای محاسبه بدنه خاکستری از ضریب انتشار استفاده می شود. این ضرایب در کتب مرجع برای برخی مواد آورده شده است.

تصویری را در نظر بگیرید که پیچیدگی محاسبه تابش را تایید می کند.

شکل دو توپ را نشان می دهد که ذرات این توپ را در خود دارند. فلش های قرمز پرتوهایی هستند که از ذرات ساطع می شوند.

یک بدن سیاه را در نظر بگیرید.

در داخل بدن سیاه، در اعماق داخل، ذرات وجود دارد که با رنگ نارنجی نشان داده شده اند. آنها پرتوهایی را ساطع می کنند که ذرات دیگر را جذب می کند، که با رنگ زرد نشان داده شده است. پرتوهای ذرات نارنجی جسم سیاه قادر به عبور از ذرات دیگر نیستند. و بنابراین، تنها ذرات بیرونی این توپ، پرتوهایی را در کل ناحیه توپ ساطع می کنند. بنابراین، محاسبه جسم سیاه به راحتی قابل محاسبه است. همچنین معمولاً اعتقاد بر این است که یک جسم سیاه تمام طیف امواج را ساطع می کند. یعنی تمام امواج موجود با طول های مختلف را ساطع می کند. یک جسم خاکستری می تواند بخشی از طیف موج را فقط با یک طول موج مشخص منتشر کند.

بدن خاکستری را در نظر بگیرید.

در داخل بدن خاکستری، ذرات داخل بخشی از پرتوها را ساطع می کنند که از ذرات دیگر عبور می کنند. و به همین دلیل است که محاسبه بسیار پیچیده تر می شود.

تابش حرارتی- این تابش الکترومغناطیسی است که از تبدیل انرژی حرکت حرارتی ذرات بدن به انرژی تابشی ناشی می شود. این ماهیت حرارتی برانگیختگی ساطع کننده های اولیه (اتم ها، مولکول ها، و غیره) است که با تابش حرارتی با سایر انواع لومینسانس مخالف است و مشخص می کند که خاصیت خاص آن فقط به دما و ویژگی های نوری جسم تابشی بستگی دارد.

تجربه نشان می دهد که تابش حرارتی در همه اجسام در هر دمایی غیر از 0 کلوین مشاهده می شود. البته شدت و ماهیت تابش به دمای جسم تابشی بستگی دارد. به عنوان مثال، تمام اجسام با دمای اتاق + 20 درجه سانتیگراد عمدتاً امواج مادون قرمز با طول موج نزدیک به 10 میکرون ساطع می کنند و خورشید انرژی منتشر می کند که حداکثر آن روی 0.5 میکرون است که مربوط به محدوده مرئی است. در T → 0 K، اجسام عملا تشعشع نمی کنند.

تشعشعات حرارتی منجر به کاهش انرژی درونی بدن و در نتیجه کاهش دمای بدن و خنک شدن آن می شود. جسم گرم شده در اثر تشعشعات حرارتی انرژی درونی می دهد و تا دمای اجسام اطراف خنک می شود. به نوبه خود، با جذب تشعشع، اجسام سرد می توانند گرم شوند. چنین فرآیندهایی که می توانند در خلاء نیز رخ دهند، تشعشع نامیده می شوند.

بدنه کاملا مشکی- یک انتزاع فیزیکی مورد استفاده در ترمودینامیک، جسمی که تمام تشعشعات الکترومغناطیسی را که بر روی آن فرو می‌افتد را در همه محدوده‌ها جذب می‌کند و چیزی را منعکس نمی‌کند. علیرغم نام، یک جسم سیاه خود می تواند تابش الکترومغناطیسی با هر فرکانس ساطع کند و از نظر بصری رنگی داشته باشد. طیف تابش یک جسم سیاه تنها با دمای آن تعیین می شود.

جدول:

(محدوده دما بر حسب کلوین و رنگ آنها)

تا 1000 قرمز

1000-1500 نارنجی

1500-2000 زرد

2000-4000 زرد کم رنگ

4000-5500 سفید مایل به زرد

5500-7000 سفید خالص

7000-9000 سفید مایل به آبی

9000-15000 سفید-آبی

15000-∞ آبی

ضمناً با توجه به طول موج (رنگ) دمای خورشید حدود 6000 کلوین تعیین شد. اخگرها معمولا قرمز می درخشند. این شما را به یاد چیزی نمی اندازد؟ دما را می توان با رنگ تعیین کرد. یعنی چنین دستگاه هایی وجود دارند که طول موج را اندازه گیری می کنند و از این طریق دمای مواد را تعیین می کنند.

سیاه ترین مواد واقعی، به عنوان مثال، دوده، تا 99٪ از تشعشعات فرود را جذب می کنند (یعنی آلبیدوی برابر با 0.01) در محدوده طول موج مرئی دارند، اما تابش مادون قرمز را بسیار بدتر جذب می کنند. رنگ سیاه عمیق برخی از مواد (زغال چوب، مخمل سیاه) و مردمک چشم انسان با همین مکانیسم توضیح داده می شود. در میان اجرام منظومه شمسی، خورشید تا حد زیادی خواص یک جسم کاملا سیاه را دارد. طبق تعریف، خورشید عملاً هیچ تابشی را منعکس نمی کند. این اصطلاح توسط گوستاو کیرشهوف در سال 1862 معرفی شد.

طبق طبقه بندی طیفی، خورشید متعلق به نوع G2V ("کوتوله زرد") است. دمای سطح خورشید به 6000 کلوین می رسد، بنابراین خورشید با نور تقریباً سفید می تابد، اما به دلیل جذب بخشی از طیف توسط جو زمین در نزدیکی سطح سیاره ما، این نور رنگ زردی پیدا می کند.

بدن کاملا سیاه - 100٪ جذب می شود و در همان زمان گرم می شود و بالعکس! یک جسم گرم - 100٪ تشعشع می کند، به این معنی که یک الگوی دقیق (فرمول تابش یک جسم کاملا سیاه) بین دمای خورشید - و طیف آن - وجود دارد، زیرا هم طیف و هم دما قبلاً تعیین شده اند - بله، خورشید هیچ انحرافی از این پارامترها ندارد!

در نجوم، چنین نموداری وجود دارد - "طیف-درخشندگی"، و بنابراین خورشید ما متعلق به "دنباله اصلی" ستارگان است، که اکثر ستارگان دیگر به آن تعلق دارند، یعنی تقریباً همه ستارگان "جسم مطلقا سیاه" هستند، عجیب و غریب همانطور که به نظر می رسد ... استثناها - کوتوله های سفید، غول های قرمز و جدید، فوق العاده جدید ...

این کسی است که در مدرسه فیزیک نخوانده است.

یک جسم سیاه همه تشعشعات را جذب می کند و بیش از همه اجسام دیگر ساطع می کند (هر چه بدن بیشتر جذب کند، بیشتر گرم می شود؛ هر چه بیشتر گرم شود، تابش بیشتری دارد).

فرض کنید دو سطح داریم - خاکستری (با ضریب سیاهی 0.5) و کاملاً سیاه (ضریب 1).

گسیل ضریب جذب است.

حالا روی این سطوح با هدایت همان شار فوتون، مثلاً 100 قطعه.

یک سطح خاکستری 50 مورد از آنها را جذب می کند، یک سطح سیاه همه 100 مورد را جذب می کند.

کدام سطح نور بیشتری ساطع می کند - 50 فوتون در کدام سطح "نشسته" یا 100؟

تابش یک جسم کاملا سیاه اولین بار توسط پلانک به درستی محاسبه شد.

تابش خورشید تقریباً از فرمول پلانک پیروی می کند.

و بنابراین ما شروع به مطالعه تئوری می کنیم ...

تحت تابش (تابش) انتشار و انتشار امواج الکترومغناطیسی از هر نوع را درک کنید. بسته به طول موج، عبارتند از: اشعه ایکس، فرابنفش، مادون قرمز، نور (مرئی) و امواج رادیویی.

تابش اشعه ایکس- امواج الکترومغناطیسی، انرژی فوتونی که در مقیاس امواج الکترومغناطیسی بین تابش فرابنفش و تابش گاما قرار دارد، که مربوط به طول موج های 10-2 تا 103 آنگستروم است. 10 آنگستروم = 1 نانومتر. (0.001-100 نانومتر)

اشعه ماوراء بنفش(فرابنفش، UV، UV) - تابش الکترومغناطیسی، که محدوده بین مرز بنفش تابش مرئی و تابش اشعه ایکس (10 - 380 نانومتر) را اشغال می کند.

اشعه مادون قرمز- تابش الکترومغناطیسی که منطقه طیفی بین انتهای قرمز نور مرئی (با طول موج λ = 0.74 میکرومتر) و تابش مایکروویو (λ ~ 1-2 میلی متر) را اشغال می کند.

اکنون کل محدوده تابش مادون قرمز به سه جزء تقسیم می شود:

ناحیه موج کوتاه: λ = 0.74-2.5 میکرومتر.

ناحیه موج متوسط: λ = 2.5-50 میکرومتر.

منطقه با طول موج بلند: λ = 50-2000 میکرومتر.

تشعشع مرئی- امواج الکترومغناطیسی که توسط چشم انسان درک می شود. حساسیت چشم انسان به تابش الکترومغناطیسی به طول موج (فرکانس) تابش بستگی دارد، با حداکثر حساسیت در 555 نانومتر (540 تراهرتز)، در قسمت سبز طیف. از آنجایی که حساسیت به تدریج با فاصله از حداکثر نقطه به صفر می رسد، نمی توان مرزهای دقیق محدوده طیفی تابش مرئی را نشان داد. معمولاً مقطع 380-400 نانومتر (750-790 THz) به عنوان مرز موج کوتاه و 760-780 نانومتر (385-395 THz) به عنوان مرز موج بلند در نظر گرفته می شود. تابش الکترومغناطیسی با چنین طول موج هایی را نور مرئی یا به سادگی نور (به معنای محدود کلمه) نیز می نامند.

انتشار رادیویی(امواج رادیویی، فرکانس های رادیویی) - تابش الکترومغناطیسی با طول موج 5 10-5-1010 متر و فرکانس، به ترتیب، از 6 1012 هرتز و تا چندین هرتز. از امواج رادیویی در انتقال داده در شبکه های رادیویی استفاده می شود.

تابش حرارتیفرآیند انتشار انرژی درونی یک جسم تابشی در فضا توسط امواج الکترومغناطیسی است. عوامل ایجاد کننده این امواج ذرات مادی تشکیل دهنده ماده هستند. انتشار امواج الکترومغناطیسی نیازی به محیط مادی ندارد، در خلاء با سرعت نور منتشر می شوند و با طول موج λ یا فرکانس نوسان ν مشخص می شوند. در دماهای تا 1500 درجه سانتیگراد، بخش اصلی انرژی مربوط به مادون قرمز و بخشی به تابش نور (λ=0.7÷50 میکرومتر) است.

لازم به ذکر است که انرژی تشعشع به طور مداوم ساطع نمی شود، بلکه به شکل بخش های خاصی - کوانتومی است. حامل این بخش های انرژی ذرات بنیادی تابش هستند - فوتون ها که دارای انرژی، تعداد حرکت و جرم الکترومغناطیسی هستند. هنگامی که به اجسام دیگر برخورد می کند، انرژی تابش تا حدی توسط آنها جذب می شود، تا حدی منعکس می شود و تا حدی از بدن عبور می کند. فرآیند تبدیل انرژی تشعشع به انرژی درونی جسم جاذب را جذب می گویند. اکثر اجسام جامد و مایع انرژی با تمام طول موج ها در محدوده 0 تا ∞ ساطع می کنند، یعنی طیف گسیل پیوسته دارند. گازها فقط در محدوده طول موج خاصی (طیف گسیلی انتخابی) انرژی ساطع می کنند. جامدات توسط سطح و گازها بر حسب حجم تابش و جذب انرژی می کنند.

انرژی تابش شده در واحد زمان در محدوده باریکی از طول موج ها (از λ تا λ+dλ) را شار تابش تک رنگ Qλ می گویند. شار تابشی مربوط به کل طیف در بازه 0 تا ∞ شار تابشی انتگرال یا کل Q(W) نامیده می شود. شار تابشی یکپارچه ای که از یک سطح واحد بدن در تمام جهات فضای نیمکره ساطع می شود، چگالی تابش انتگرال (W / m 2) نامیده می شود.

برای درک این فرمول، یک تصویر را در نظر بگیرید.

تصادفی نبود که دو نسخه از بدنه را به تصویر کشیدم. این فرمول فقط برای بدنه مربعی شکل معتبر است. از آنجایی که ناحیه تابش باید صاف باشد. به شرطی که فقط از سطح بدن تابش کند. ذرات داخلی تشعشع نمی کنند.

با دانستن چگالی تابش مواد، می توان محاسبه کرد که چقدر انرژی برای تابش صرف می شود:

باید درک کرد که پرتوهای ساطع شده از هواپیما دارای شدت تابش متفاوتی نسبت به حالت عادی هواپیما هستند.

قانون لمبرت انرژی تابشی ساطع شده از بدن در جهات مختلف با شدت های مختلف در فضا منتشر می شود. قانونی که وابستگی شدت تابش به جهت را تعیین می کند قانون لامبرت نامیده می شود.

قانون لمبرتنشان می دهد که مقدار انرژی تابشی ساطع شده توسط یک عنصر سطحی در جهت عنصر دیگر با حاصلضرب مقدار انرژی ساطع شده در امتداد نرمال با مقدار زاویه فضایی ایجاد شده توسط جهت تابش با نرمال متناسب است.

تصویر را ببینید.

شدت هر پرتو را می توان با استفاده از تابع مثلثاتی پیدا کرد:

یعنی نوعی ضریب زاویه است و به شدت از مثلثات زاویه تبعیت می کند. این ضریب فقط برای یک جسم سیاه کار می کند. از آنجایی که ذرات نزدیک پرتوهای جانبی را جذب می کنند. برای یک جسم خاکستری، باید تعداد پرتوهای عبوری از ذرات را در نظر گرفت. انعکاس پرتوها نیز باید در نظر گرفته شود.

در نتیجه، بیشترین مقدار انرژی تابشی در جهتی عمود بر سطح تابش گسیل می شود. قانون لامبرت برای یک جسم کاملاً سیاه و برای اجسامی که دارای تابش پراکنده در دمای 0 تا 60 درجه سانتیگراد هستند کاملاً معتبر است. برای سطوح صیقلی، قانون لامبرت اعمال نمی شود. برای آنها، تابش در یک زاویه بیشتر از جهت عادی به سطح خواهد بود.

در زیر قطعا فرمول های حجیم تری را برای محاسبه میزان گرمای از دست رفته بدن در نظر خواهیم گرفت. اما در حال حاضر، چیزهای بیشتری در مورد این نظریه باید آموخت.

کمی در مورد تعاریفتعاریف برای بیان درست خود مفید هستند.

توجه داشته باشید که اکثر اجسام جامد و مایع دارای طیف انتشار پیوسته (پیوسته) هستند. این بدان معناست که آنها توانایی ساطع پرتوهایی با تمام طول موج ها را دارند.

حتی یک میز معمولی در یک اتاق، به عنوان یک جسم جامد، می تواند اشعه ایکس یا اشعه ماوراء بنفش ساطع کند، اما شدت آن به قدری کم است که ما متوجه آن نمی شویم، ارزش آن در رابطه با امواج دیگر می تواند به صفر نزدیک شود.

شار تابشی (یا شار تابشی) نسبت انرژی تابشی به زمان تابش است، W:

که در آن Q انرژی تابش است، J; t - زمان، s.

اگر یک شار تابشی ساطع شده توسط یک سطح دلخواه در همه جهات (یعنی در یک نیمکره با شعاع دلخواه) در یک محدوده طول موج باریک از λ تا λ + Δλ انجام شود، آن را شار تابش تک رنگ می نامند.

تابش کل از سطح بدن در تمام طول موج های طیف، شار تابش انتگرال یا کل نامیده می شود.

شار انتگرال ساطع شده از یک سطح واحد را چگالی شار سطحی تابش انتگرال یا انتشار، W/m 2 می نامند.

این فرمول را می توان برای تابش تک رنگ نیز اعمال کرد. اگر تابش تک رنگ حرارتی روی سطح جسم بیفتد، در حالت کلی، قسمتی معادل B λ از این تابش جذب بدن می شود، یعنی. در نتیجه تعامل با ماده به شکل دیگری از انرژی تبدیل می شود، بخشی از F λ منعکس می شود و بخشی از D λ از بدن عبور می کند. اگر تابش تابیده شده بر بدن را برابر با وحدت فرض کنیم، پس

در λ +F λ +D λ =1

که در آن B λ , F λ , D λ به ترتیب ضرایب جذب و انعکاس هستند

و انتقال بدن

هنگامی که B، F، D در طیف ثابت می مانند، یعنی. به طول موج بستگی ندارد، پس نیازی به شاخص نیست. در این مورد

اگر B \u003d 1 (F \u003d D \u003d 0) ، جسمی که تمام تشعشعات وارده به آن را کاملاً جذب می کند ، صرف نظر از طول موج ، جهت تابش و حالت قطبش تابش ، جسم سیاه یا رادیاتور کامل نامیده می شود. .

اگر F=1 (B=D=0)، آنگاه تشعشعات وارده به بدن کاملاً منعکس می شود. در صورتی که سطح بدن ناهموار باشد، پرتوها به صورت پراکنده منعکس می شوند (بازتاب پراکنده) و بدن را سفید می نامند و هنگامی که سطح بدن صاف باشد و انعکاس از قوانین اپتیک هندسی پیروی کند، آنگاه بدن (سطح) را آینه می گویند. در مورد D \u003d 1 (B \u003d F \u003d 0) ، بدن در برابر پرتوهای حرارتی (دیاترمیک) نفوذ پذیر است.

جامدات و مایعات عملاً نسبت به پرتوهای حرارتی مات هستند (D = 0). گرما. برای چنین بدن هایی

اجسام کاملاً سیاه و شفاف یا سفید در طبیعت وجود ندارند. چنین اجسامی باید به عنوان انتزاعات علمی در نظر گرفته شوند. اما با این حال، برخی از اجسام واقعی می توانند از نظر ویژگی های خود به اندازه کافی به چنین بدن های ایده آل نزدیک شوند.

لازم به ذکر است که برخی از اجسام نسبت به پرتوهایی با طول موج معین و برخی دیگر نسبت به پرتوهایی با طول موج متفاوت دارای خواص خاصی هستند. برای مثال، یک جسم ممکن است نسبت به پرتوهای مادون قرمز شفاف و نسبت به پرتوهای مرئی (نور) مات باشد. سطح جسم می تواند برای پرتوهای یک طول موج صاف و برای پرتوهای با طول موج دیگر ناهموار باشد.

گازها، به ویژه آنهایی که تحت فشار کم هستند، برخلاف جامدات و مایعات، طیف خطی را منتشر می کنند. بنابراین، گازها فقط پرتوهایی با طول موج معین را جذب و ساطع می کنند، در حالی که آنها نه می توانند پرتوهای دیگر را ساطع کنند و نه جذب کنند. در این مورد، از جذب و انتشار انتخابی (انتخابی) صحبت می شود.

در نظریه تابش حرارتی، نقش مهمی را کمیتی به نام چگالی طیفی شار تابشی یا گسیل طیفی ایفا می کند که نسبت چگالی شار تابشی گسیل شده در فاصله بی نهایت کوچکی از طول موج ها از λ به λ + Δλ، به اندازه این فاصله از طول موج Δλ، W / m 2،

که در آن E چگالی سطحی شار تابشی، W/m 2 است.

اکنون امیدوارم متوجه شده باشید که روند محاسبه بسیار دشوار می شود. ما هنوز باید در این مسیر کار و تلاش کنیم. هر ماده ای است که باید در دماهای مختلف آزمایش شود. اما به دلایلی، عملا هیچ داده ای در مورد مواد وجود ندارد. بلکه من یک راهنمای تجربی برای مواد پیدا نکردم.

چرا چنین راهنمای مادی وجود ندارد؟چون تشعشعات حرارتی بسیار کم است و بعید می دانم در شرایط زندگی ما از 10 درصد فراتر رود. بنابراین، آنها در محاسبه لحاظ نمی شوند. در آن زمان است که ما اغلب به فضا پرواز می کنیم، سپس تمام محاسبات ظاهر می شود. بلکه در فضانوردی ما، داده‌های مربوط به مواد جمع‌آوری شده‌اند، اما هنوز به‌طور رایگان در دسترس نیستند.

قانون جذب انرژی تابشی

هر جسمی قادر به جذب بخشی از انرژی تابشی است، بیشتر در مورد زیر.

اگر شار تابشی روی هر جسمی با ضخامت l بیفتد (شکل را ببینید)، در حالت کلی، هنگام عبور از بدنه، کاهش می یابد. فرض بر این است که تغییر نسبی در شار تابشی در طول مسیر Δl به طور مستقیم با مسیر جریان متناسب است:

ضریب تناسب b را شاخص جذب می نامند که به طور کلی به خواص فیزیکی جسم و طول موج بستگی دارد.

با ادغام از l به 0 و ثابت نگه داشتن b، دریافت می کنیم

اجازه دهید رابطه بین ضریب جذب طیفی جسم B λ و شاخص جذب طیفی ماده b λ را برقرار کنیم.

از تعریف ضریب جذب طیفی B λ داریم

پس از جایگزینی مقادیر در این معادله، رابطه بین ضریب جذب طیفی B λ و شاخص جذب طیفی B λ را بدست می آوریم.

ضریب جذب B λ برای l 1 = 0 و b λ = 0 صفر است. برای مقدار بزرگ bλ، مقدار بسیار کمی l کافی است، اما باز هم برابر با صفر نیست، به طوری که مقدار B λ خودسرانه است. نزدیک به وحدت در این صورت می توان گفت که جذب در یک لایه سطحی نازک از ماده اتفاق می افتد. فقط در این درک می توان از جذب سطحی صحبت کرد. برای اکثر جامدات، به دلیل مقدار زیاد شاخص جذب b λ، "جذب سطحی" به معنای مشخص شده انجام می شود و بنابراین وضعیت سطح آن تأثیر زیادی بر ضریب جذب دارد.

اجسام، اگرچه با مقدار کمی از شاخص جذب، مانند گازها، می توانند با ضخامت کافی خود، ضریب جذب زیادی داشته باشند، یعنی. نسبت به پرتوهای با طول موج معین مات می شوند.

اگر b λ \u003d 0 برای بازه Δλ و برای طول موج های دیگر b λ برابر با صفر نباشد، بدن تابش فرودی را فقط از طول موج های خاصی جذب می کند. در این مورد، همانطور که در بالا ذکر شد، از یک ضریب جذب انتخابی (انتخابی) صحبت می شود.

اجازه دهید بر تفاوت اساسی بین شاخص جذب ماده b λ و ضریب جذب B λ یک جسم تأکید کنیم. اولی خصوصیات فیزیکی ماده را در رابطه با پرتوهایی با طول موج مشخص مشخص می کند. مقدار В λ نه تنها به خواص فیزیکی ماده ای که بدن از آن تشکیل شده است، بلکه به شکل، اندازه و وضعیت سطح بدن نیز بستگی دارد.

قوانین تابش انرژی تابشی

ماکس پلانک از نظر تئوری، بر اساس نظریه الکترومغناطیسی، قانونی (به نام قانون پلانک) ایجاد کرد که وابستگی تابش طیفی یک جسم سیاه E 0λ را به طول موج λ و دمای T بیان می کند.

که در آن E 0λ (λ، T) تابش جسم سیاه، W / m 2 است. T - دمای ترمودینامیکی، K؛ C 1 و C 2 ثابت هستند. C 1 \u003d 2πhc 2 \u003d (3.74150 ± 0.0003) 10-16 وات متر مربع؛ C 2 =hc/k=(1.438790±0.00019) 10 -2; m K (در اینجا h=(6.626176±0.000036) 10 -34 J s - ثابت پلانک؛ c=(299792458±1.2) m/s - سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در فضای آزاد: k - ثابت بولتزمن. )

از قانون پلانک چنین بر می آید که گسیل طیفی می تواند در دمای ترمودینامیکی برابر با صفر (T=0) یا در طول موج λ = 0 و λ→∞ (در T≠0) صفر باشد.

در نتیجه، یک جسم سیاه در هر دمایی بیشتر از 0 کلوین تابش می کند. (T> 0) پرتوهایی با تمام طول موج ها، یعنی. دارای طیف انتشار پیوسته (پیوسته) است.

از فرمول بالا می توانید عبارت محاسبه شده برای گسیل جسم سیاه را بدست آورید:

با ادغام در محدوده λ از 0 تا ∞، به دست می آوریم

در نتیجه گسترش انتگرال به یک سری و ادغام آن، یک عبارت محاسبه شده برای تابش جسم سیاه به دست می آید که به آن قانون استفان بولتزمن می گویند:

که در آن E 0 تابش جسم سیاه است، W / m 2.

σ - ثابت استفان بولتزمن، W / (m 2 K 4)؛

σ = (5.67032 ± 0.00071) 10 -8;

T دمای ترمودینامیکی، K است.

فرمول اغلب به شکل راحت تری برای محاسبه نوشته می شود:

ما از این فرمول برای محاسبات استفاده خواهیم کرد. اما این فرمول نهایی نیست. فقط برای بدن های سیاه رنگ معتبر است. نحوه استفاده برای بدن های خاکستری در زیر توضیح داده خواهد شد.

که در آن E 0 تابش جسم سیاه است. C 0 \u003d 5.67 W / (m 2 K 4).

قانون استفان بولتزمن به صورت زیر فرموله شده است: تابش جسم سیاه با دمای ترمودینامیکی آن تا توان چهارم مستقیماً متناسب است.

توزیع طیفی تابش جسم سیاه در دماهای مختلف

λ - طول موج از 0 تا 10 میکرون (0-10000 نانومتر)

E 0λ - باید به صورت زیر درک شود: گویی در حجم (m 3) یک جسم سیاه مقدار معینی انرژی (W) وجود دارد. این بدان معنا نیست که چنین انرژی را فقط از ذرات بیرونی ساطع می کند. به سادگی، اگر تمام ذرات یک جسم سیاه را در یک حجم جمع کنیم و تابش هر ذره را در همه جهات اندازه گیری کنیم و همه آنها را با هم جمع کنیم، آنگاه انرژی کل روی حجم را که در نمودار نشان داده شده است، به دست خواهیم آورد.

همانطور که از محل ایزوترم ها مشاهده می شود، هر یک از آنها دارای حداکثر هستند و هر چه دمای ترمودینامیکی بالاتر باشد، مقدار E0λ مربوط به حداکثر بیشتر می شود و خود نقطه حداکثر به ناحیه امواج کوتاهتر منتقل می شود. تغییر حداکثر گسیل طیفی E0λmax به طول موج های کوتاه تر به عنوان شناخته شده است.

قانون جابجایی وین که بر اساس آن

T λ max \u003d 2.88 10 -3 m K \u003d const و λ max \u003d 2.88 10 -3 / T،

که در آن λmax طول موج مربوط به حداکثر مقدار گسیل طیفی E 0λmax است.

بنابراین، به عنوان مثال، در T = 6000 K (دمای تقریبی سطح خورشید)، حداکثر E 0λ در ناحیه تابش مرئی قرار دارد که حدود 50٪ از تابش خورشیدی روی آن می افتد.

مساحت ابتدایی زیر ایزوترم که روی نمودار سایه زده شده است برابر با E 0λ Δλ است. واضح است که مجموع این مناطق، یعنی. انتگرال تابش جسم سیاه E 0 است. بنابراین، ناحیه بین ایزوترم و محور x تابش جسم سیاه را در مقیاس معمولی نمودار نشان می دهد. در مقادیر کم دمای ترمودینامیکی، ایزوترم ها از نزدیکی محور آبسیسا عبور می کنند و ناحیه نشان داده شده به قدری کوچک می شود که عملاً می توان آن را برابر با صفر در نظر گرفت.

مفاهیم به اصطلاح اجسام خاکستری و تشعشعات خاکستری نقش مهمی در فناوری دارند. خاکستری یک تابشگر حرارتی غیرانتخابی است که قادر به انتشار یک طیف پیوسته است، با گسیل طیفی E λ برای امواج با تمام طول موج ها و در تمام دماها، که کسری ثابت از نشر طیفی یک جسم سیاه E 0λ است.

ثابت ε را تابش ساطع کننده گرما می نامند. برای اجسام خاکستری، تابش ε

نمودار به صورت شماتیک منحنی های توزیع طول موج گسیل طیفی یک جسم کاملا سیاه E λ (ε = 1) و نشر طیفی یک جسم خاکستری Eλ با دمای مشابه جسم سیاه (در ε = 0.5 و ε = 0.25) را نشان می دهد. ). انتشار بدن خاکستری

کار کنید

انتشار بدن خاکستری نامیده می شود.

مقادیر انتشار به دست آمده از تجربه در ادبیات مرجع آورده شده است.

بیشتر اجسام مورد استفاده در فناوری را می توان با اجسام خاکستری و تابش آنها را با تشعشع خاکستری اشتباه گرفت. مطالعات دقیق تر نشان می دهد که این تنها به عنوان یک تقریب اولیه امکان پذیر است، اما برای اهداف عملی کافی است. انحراف از قانون استفان - بولتزمن برای اجسام خاکستری معمولاً با این واقعیت در نظر گرفته می شود که تابش C وابسته به دما فرض می شود. در این راستا، جداول محدوده دمایی را نشان می دهد که مقدار ضریب انتشار C به طور تجربی برای آن تعیین شده است.

در ادامه، برای ساده کردن نتیجه‌گیری، فرض می‌کنیم که گسیل‌پذیری یک جسم خاکستری به دما بستگی ندارد.

انتشار برخی مواد

(مواد / دما بر حسب درجه سانتی گراد / مقدار E)

آلومینیوم اکسید شده / 200-600 / 0.11 -0.19

آلومینیوم جلا / 225-575 / 0.039-0.057

قرمز آجری / 20 / 0.93

آجر نسوز / - / 0.8-0.9

مس اکسید شده / 200-600 / 0.57-0.87

سرب اکسید شده / 200 / 0.63

فولاد جلا / 940-1100 / 0.55-0.61

چدن تبدیل شده / 830-910 / 0.6-0.7

چدن اکسید شده / 200-600 / 0.64-0.78

آلومینیوم جلا / 50-500 / 0.04-0.06

برنز / 50 / 0.1

ورق آهن گالوانیزه، روشن / 30 / 0.23

قلع سفید، قدیمی / 20 / 0.28

طلای جلا / 200 - 600 / 0.02-0.03

برنج مات / 20-350 / 0.22

مس جلا داده شده / 50-100 / 0.02

نیکل جلا داده شده / 200-400 / 0.07-0.09

قلع براق / 20-50 / 0.04-0.06

نقره جلا / 200-600 / 0.02-0.03

ورق فولادی / 50 / 0.56

فولاد اکسید شده / 200-600 / 0.8

فولاد به شدت اکسید شده / 500 / 0.98

چدن / 50 / 0.81

مقوا آزبست / 20 / 0.96

چوب چیده شده / 20 / 0.8-0.9

آجر نسوز / 500-1000 / 0.8-0.9

آجر نسوز / 1000 / 0.75

قرمز آجری، خشن / 20 / 0.88-0.93

مشکی لاکی، مات / 40-100 / 0.96-0.98

لاک سفید / 40-100 / 0.8-0.95

رنگ روغن با رنگ های مختلف / 100 / 0.92-0.96

لامپ مشکی / 20-400 / 0.95

شیشه / 20-100 / 0.91-0.94

مینا سفید / 20 / 0.9

قانون کیرشهوف

قانون Kirchhoff رابطه بین انتشار و ضریب جذب یک جسم خاکستری را ایجاد می کند.

دو جسم خاکستری موازی با طول بی نهایت با سطوح صاف به مساحت A را در نظر بگیرید.

یک صفحه بی نهایت گسترش یافته محاسبات تقریبی برای یافتن تابش واقعی را در آزمایشات عملی و نظری ممکن می سازد. در آزمایش‌های نظری، مقدار واقعی از طریق عبارات انتگرال پیدا می‌شود و در آزمایش‌ها، یک صفحه بزرگ محاسبات را به مقادیر واقعی نزدیک‌تر می‌کند. بنابراین، ما، همانطور که بود، با یک صفحه بی نهایت بزرگ، تأثیر تشعشعات جانبی و زاویه ای غیر ضروری را که به دور می پرند و توسط صفحات آزمایشی جذب نمی شوند، خاموش می کنیم.

یعنی اگر ضریب در تابش ضرب شود، مقدار تابش حاصل (W) به دست می آید.

می توان فرض کرد که تمام پرتوهای ارسال شده توسط یک جسم کاملاً بر روی بدن دیگر می افتند. فرض کنید ضرایب انتقال این اجسام D 1 = D 2 = 0 است و بین سطوح دو صفحه یک محیط شفاف از حرارت (دیاترمیک) وجود دارد. به ترتیب با E 1 , B 1 , F 1 , T 1 , و E 2 , B 2 , F 2 , T 2 میزان انتشار، ضرایب جذب، بازتاب و دمای سطوح جسم اول و دوم را نشان دهید.

شار انرژی تابشی از سطح 1 به سطح 2 برابر است با حاصل ضرب تابش سطح 1 و مساحت آن A، یعنی. E 1 A، که از آن بخشی از E 1 B 2 A توسط سطح 2 جذب می شود، و بخشی از E 1 F 2 A به سطح 1 منعکس می شود. از این جریان منعکس شده E 1 F 2 A، سطح 1 E 1 F را جذب می کند. 2 B 1 A و E 1 F 1 F 2 A را منعکس می کند. از جریان انرژی منعکس شده E 1 F 1 F 2 A ، سطح 2 دوباره E 1 F 1 F 2 B 2 A را جذب می کند و E 1 F 1 F 2 A را منعکس می کند ، و غیره.

به طور مشابه، انتقال انرژی تابشی توسط جریان E 2 از سطح 2 به سطح 1 وجود دارد. در نتیجه، شار انرژی تابشی جذب سطح 2 (یا توسط سطح 1 داده می شود)

شار انرژی تابشی جذب شده توسط سطح 1 (یا منتشر شده توسط سطح 2)،

در نهایت، شار انرژی تابشی منتقل شده توسط سطح 1 به سطح 2 برابر با اختلاف بین شارهای تابشی Ф 1 → 2 و Ф 2 → 1 خواهد بود.

عبارت حاصل برای تمام دماهای T 1 و T 2 و به ویژه برای T 1 = T 2 معتبر است. در حالت دوم، سیستم مورد نظر در تعادل حرارتی دینامیکی است و بر اساس قانون دوم ترمودینامیک، باید Ф 1→2 = Ф 2→1 قرار داد که از آن نتیجه می شود.

E 1 B 2 \u003d E 2 B 1 یا

برابری حاصل را قانون کیرشهوف می نامند: نسبت گسیل یک جسم به ضریب جذب آن برای همه اجسام خاکستری در یک دما یکسان و برابر است با تابش جسم سیاه در همان دما.

اگر جسمی دارای ضریب جذب کمی باشد، مانند فلزی که به خوبی جلا داده شده باشد، این بدنه نیز دارای تابش کم است. بر این اساس، به منظور کاهش اتلاف حرارت توسط تشعشعات به محیط خارجی، سطوح آزاد کننده حرارت را با ورقه های فلز صیقلی برای عایق حرارتی می پوشانند.

هنگام استخراج قانون کیرشهوف، تابش خاکستری در نظر گرفته شد. حتی اگر تابش حرارتی هر دو جسم فقط در قسمت خاصی از طیف در نظر گرفته شود، اما با این وجود دارای ویژگی یکسانی باشد، این نتیجه معتبر باقی می ماند. هر دو جسم پرتوهایی ساطع می کنند که طول موج آنها در یک منطقه طیفی دلخواه قرار دارد. در حالت محدود کننده، به تابش تک رنگ می رسیم. سپس

آن ها برای تشعشعات تک رنگ، قانون کیرشهوف باید به صورت زیر فرموله شود: نسبت تابش طیفی جسمی در یک طول موج معین به ضریب جذب آن در طول موج یکسان برای همه اجسام در دماهای یکسان یکسان است و برابر با طیفی است. گسیل یک جسم سیاه در امواج با طول موج یکسان در همان دما.

نتیجه می گیریم که برای یک جسم خاکستری B = ε، یعنی. مفاهیم "ضریب جذب" B و "ضریب سیاهی" ε برای یک بدن خاکستری منطبق هستند. طبق تعریف، ضریب سیاهی به دما یا طول موج بستگی ندارد، و در نتیجه، ضریب جذب یک جسم خاکستری نیز به طول موج یا دما بستگی ندارد.

انتشار گاز

تابش گازها به طور قابل توجهی با تابش اجسام جامد متفاوت است. جذب و انتشار گازها - انتخابی (انتخابی). گازها انرژی تابشی را فقط در فواصل مشخص و نسبتاً باریک Δλ از طول موجها جذب و منتشر می کنند - به اصطلاح باندها. در بقیه طیف، گازها انرژی تابشی ساطع یا جذب نمی کنند.

گازهای دو اتمی توانایی ناچیزی در جذب انرژی تابشی و در نتیجه توانایی کمی در تابش آن دارند. بنابراین معمولاً این گازها دیترمیک در نظر گرفته می شوند. بر خلاف گازهای دو اتمی، گازهای چند اتمی، از جمله گازهای سه اتمی، توانایی قابل توجهی در انتشار و جذب انرژی تابشی دارند. از میان گازهای سه اتمی در زمینه محاسبات مهندسی گرما، دی اکسید کربن (CO 2) و بخار آب (H 2 O) که هر کدام دارای سه باند انتشار هستند، بیشترین علاقه عملی را دارند.

در مقابل جامدات، ضریب جذب گازها (البته در ناحیه باندهای جذبی) کم است. بنابراین، برای اجسام گازی دیگر نمی توان از جذب "سطحی" صحبت کرد، زیرا جذب انرژی تابشی در حجم محدودی از گاز اتفاق می افتد. به این معنا جذب و انتشار گازها را حجمی می گویند. علاوه بر این، ضریب جذب b λ برای گازها به دما بستگی دارد.

طبق قانون جذب، ضریب جذب طیفی یک جسم را می توان از موارد زیر تعیین کرد:

برای اجسام گازی، این وابستگی تا حدودی به دلیل این واقعیت پیچیده است که ضریب جذب گاز تحت تأثیر فشار آن است. مورد دوم با این واقعیت توضیح داده می شود که جذب (تابش) هر چه شدیدتر انجام می شود ، مولکول های بیشتری را پرتو در مسیر خود ملاقات می کند و تعداد حجمی مولکول ها (نسبت تعداد مولکول ها به حجم) مستقیماً با فشار متناسب است ( در t = const).

در محاسبات فنی تشعشع گاز، معمولاً گازهای جاذب (CO 2 و H 2 O ) به عنوان اجزاء در مخلوط گازها گنجانده می شوند. اگر فشار مخلوط p باشد و فشار جزئی گاز جذب کننده (یا ساطع کننده) p i باشد، باید مقدار p i 1 را به جای l جایگزین کرد. مقدار p i 1 که حاصلضرب گاز است. فشار و ضخامت آن، ضخامت لایه موثر نامیده می شود. بنابراین، برای گازها، ضریب جذب طیفی

ضریب جذب طیفی گاز (در فضا) به خواص فیزیکی گاز، شکل فضا، ابعاد آن و دمای گاز بستگی دارد. سپس، مطابق با قانون Kirchhoff، تابش طیفی

انتشار در یک باند از طیف

این فرمول تشعشع گاز را به فضای آزاد (خالی) تعیین می کند. (فضای آزاد را می توان به عنوان فضای سیاه در 0 K در نظر گرفت.) اما فضای گاز همیشه توسط سطح یک جامد محدود می شود، در حالت کلی دارای دمای T st ≠ T g و انتشار ε st است.

گسیل پذیری یک گاز در فضای بسته برابر است با مجموع انتشارات گرفته شده در تمام باندهای طیفی:

مطالعات تجربی نشان داده است که تابش گازها از قانون استفان بولتزمن پیروی نمی کند. بسته به توان چهارم دمای مطلق.

با این حال، برای محاسبات عملی تابش گاز، از قانون توان های چهارم استفاده می شود که اصلاح مناسبی را برای مقدار ضریب سیاهی گاز ε g ارائه می کند:

در اینجا ε g = f (T, p l)

میانگین طول مسیر پرتو

که در آن V حجم گاز است. A سطح پوسته است.

انتشار گازی که اجزای آن CO 2 و H 2 O (محصولات گازی احتراق) هستند به پوسته یک جسم خاکستری

که در آن ترم آخر تابش خود پوسته را در نظر می گیرد.

ضریب انتشار موثر پوسته ε "st، بزرگتر از ε st، به دلیل وجود گاز تابشی است.

ضریب سیاهی گاز در دمای گاز t g

مقادیر انتشار ε CO2 و ε H2O بسته به دما در مقادیر مختلف پارامتر p i l در شکل نشان داده شده است.

ضریب تصحیح β طبق برنامه تعیین می شود.

نوارهای انتشار و جذب CO 2 و H 2 0 تا حدودی با یکدیگر همپوشانی دارند و بنابراین بخشی از انرژی ساطع شده توسط یک گاز توسط گاز دیگر جذب می شود. بنابراین، گسیل پذیری مخلوطی از دی اکسید کربن و بخار آب در دمای دیواره t st

جایی که Δε g تصحیح با در نظر گرفتن جذب مشخص شده است. برای محصولات احتراق گازی با ترکیب معمول، De g \u003d 2 - 4٪ است و می توان آن را نادیده گرفت.

می توان فرض کرد که در ε st \u003d 0.8 + 1.0، ضریب انتشار موثر پوسته ε "st = 0.5 (ε st + 1) است.

این ویژگی های انتشار و جذب گازها امکان ایجاد مکانیسم به اصطلاح "اثر گلخانه ای" را فراهم می کند که تأثیر قابل توجهی در شکل گیری و تغییر آب و هوای زمین دارد.

بیشتر تابش خورشید از جو عبور می کند و سطح زمین را گرم می کند. به نوبه خود، زمین تابش مادون قرمز ساطع می کند که در نتیجه سرد می شود. با این حال، بخشی از این تابش توسط گازهای چند اتمی ("گلخانه ای") جو جذب می شود که در نتیجه نقش یک "پتو" را ایفا می کند که گرما را حفظ می کند. در عین حال گازهای «گلخانه ای» مانند دی اکسید کربن (55 درصد)، فریون ها و گازهای مربوط به آن (25 درصد)، متان (15 درصد) و غیره بیشترین تأثیر را بر گرمایش جهانی دارند.

در صفحه بعدی به برخی قوانین دیگر پرداخته خواهد شد. همچنین توضیح مفصلی در مورد چگونگی تابش حرارتی از طریق پنجره وجود خواهد داشت. برخی از عوامل موثر بر انتقال حرارت توسط تشعشع توضیح داده خواهد شد و همچنین مشکلات واقعی برای تشعشع وجود خواهد داشت.

انتشار امواج الکترومغناطیسی توسط یک ماده به دلیل فرآیندهای درون اتمی و درون مولکولی رخ می دهد. منابع انرژی و بنابراین نوع درخشش می تواند متفاوت باشد: یک صفحه تلویزیون، یک لامپ فلورسنت، یک لامپ رشته ای، یک درخت پوسیده، یک کرم شب تاب و غیره. از بین انواع پرتوهای الکترومغناطیسی، قابل مشاهده یا غیر قابل رویت با چشم انسان، می توان یکی را متمایز کرد که در همه بدن وجود دارد. این تابش اجسام گرم شده یا تابش حرارتی است. در هر دمای بالاتر رخ می دهد 0 K، بنابراین توسط همه بدن منتشر می شود. بسته به دمای بدن، شدت تابش و ترکیب طیفی تغییر می کند، بنابراین، تابش حرارتی همیشه توسط چشم به عنوان یک درخشش درک نمی شود.

27.1. ویژگی های تابش حرارتی.

بدن سیاه

میانگین توان تابش برای زمانی بسیار بیشتر از دوره نوسانات نور به عنوان در نظر گرفته می شود جریانتابش - تشعشعاف.در SI به صورت بیان می شود وات(W) شار تابشی ساطع شده از 1 متر مربع از سطح نامیده می شود درخشندگی انرژی R e . در بیان می شود وات بر متر مربع (W / M 2).

یک جسم گرم شده امواج الکترومغناطیسی با طول موج های مختلف ساطع می کند. اجازه دهید فاصله کوچکی از طول موج ها از λ تا λ + άλ را مشخص کنیم. درخشندگی انرژی مربوط به این بازه متناسب با عرض بازه است:

هیچ جسم خاکستری در طبیعت وجود ندارد، با این حال، برخی از اجسام به صورت خاکستری در محدوده مشخصی از طول موج ها ساطع و جذب می شوند. بنابراین، به عنوان مثال، بدن انسان گاهی اوقات خاکستری در نظر گرفته می شود، و دارای ضریب جذب تقریباً 0.9 برای ناحیه مادون قرمز طیف است.

27.2. قانون کیرشهوف

بین چگالی طیفی درخشندگی انرژی و ضریب جذب تک رنگ اجسام رابطه مشخصی وجود دارد که با مثال زیر می توان آن را توضیح داد.

در یک پوسته آدیاباتیک بسته، دو جسم مختلف در تعادل ترمودینامیکی وجود دارد، در حالی که دمای آنها یکسان است. از آنجایی که وضعیت اجسام تغییر نمی کند، هر یک از آنها انرژی یکسانی را تابش می کنند و جذب می کنند. طیف تابش هر جسم باید با طیف امواج الکترومغناطیسی جذب شده توسط آن منطبق باشد، در غیر این صورت تعادل ترمودینامیکی نقض می شود. این بدان معناست که اگر یکی از اجسام امواجی مانند امواج قرمز را بیشتر از دیگری ساطع کند، باید تعداد بیشتری از آنها را جذب کند.

27.3. قوانین تشعشعات بدن سیاه

تابش جسم سیاه دارای طیف پیوسته است. نمودارهای طیف گسیل برای دماهای مختلف در شکل نشان داده شده است. 27.2. از این منحنی های تجربی می توان تعدادی نتیجه گیری کرد.

حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی وجود دارد که با افزایش دما به سمت امواج کوتاه تغییر می کند.

بر اساس (27.2)، درخشندگی انرژی جسم سیاه R هرا می توان به عنوان ناحیه محدود شده توسط منحنی و محور x یا

از انجیر 27.2 نشان می دهد که با گرم شدن جسم سیاه، درخشندگی انرژی افزایش می یابد.

برای مدت طولانی، آنها از نظر تئوری نمی توانستند وابستگی چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه را به طول موج و دما به دست آورند که با آزمایش مطابقت دارد. در سال 1900، این کار توسط M. Planck انجام شد.

در فیزیک کلاسیک، گسیل و جذب تابش توسط یک جسم به عنوان یک فرآیند پیوسته در نظر گرفته می شد.

پلانک به این نتیجه رسید که دقیقاً این مقررات اساسی است که امکان دستیابی به وابستگی صحیح را نمی دهد. او فرضیه ای را مطرح کرد که از آن نتیجه گرفت که جسم سیاه انرژی را نه به طور پیوسته، بلکه در بخش های گسسته خاصی - کوانتومی - تابش می کند و جذب می کند. پلانک با نمایش جسم تابشی به عنوان مجموعه ای از نوسانگرها که انرژی آنها فقط با مقداری کوتاه از hv تغییر می کند، فرمول را به دست آورد:

(h - ثابت پلانک؛ با- سرعت نور در خلاء؛ کثابت بولتزمن است)، که کاملاً منحنی های تجربی نشان داده شده در شکل 1 را توصیف می کند. 27.2.

بر اساس (27.6) و (27.8)، طیف انتشار یک جسم خاکستری را می توان با وابستگی بیان کرد:

تجلی قانون وین از مشاهدات روزمره مشخص است. در دمای اتاق، تابش حرارتی اجسام عمدتاً در ناحیه مادون قرمز است و توسط چشم انسان درک نمی شود. اگر دما افزایش یابد، بدن ها با نور قرمز تیره شروع به درخشش می کنند و در دمای بسیار بالا - سفید با رنگ مایل به آبی، احساس گرم شدن بدن افزایش می یابد.

قوانین Stefan-Boltzmann و Wien با اندازه گیری تابش اجسام اجازه می دهد تا دمای آنها را تعیین کنند (هیر سنجی نوری).

27.4. تابش خورشید. منابع تابش حرارتی که برای اهداف درمانی استفاده می شود

قوی ترین منبع تابش حرارتی که تعیین کننده حیات روی زمین است، خورشید است.

شار تابش خورشیدی در هر 1 متر 2ناحیه مرز جو زمین است1350 وات.این مقدار ثابت خورشیدی نامیده می شود.

بسته به ارتفاع خورشید در بالای افق، مسیری که پرتوهای خورشید در جو طی می کنند در محدوده های نسبتاً زیادی تغییر می کند (شکل 27.3؛ مرز جو به صورت مشروط نشان داده شده است) با حداکثر اختلاف 30 برابر. حتی تحت مطلوب ترین شرایط، شار تابش خورشیدی 1120 وات بر 1 متر مربع از سطح زمین می افتد. در ماه ژوئیه در مسکو، در بالاترین جایگاه خورشید، این مقدار تنها به 930 وات بر متر مربع می رسد. در بقیه روز، تلفات جوی حتی بیشتر است.

تضعیف تابش توسط جو با تغییر در ترکیب طیفی آن همراه است. روی انجیر 27.4 طیف تابش خورشید را در مرز جو زمین (منحنی 1) و روی سطح زمین (منحنی 2) در بالاترین جایگاه خورشید نشان می دهد. منحنی 1 نزدیک به طیف یک جسم سیاه است، حداکثر آن مربوط به طول موج 470 نانومتر است، که، طبق قانون وین، تعیین دمای سطح خورشید را ممکن می کند - حدود 6100 کلوین. منحنی 2 دارای چندین خط جذب است، حداکثر آن در نزدیکی 555 نانومتر قرار دارد. شدت تابش مستقیم خورشید اندازه گیری می شود اکتینومتر

اصل عملکرد آن مبتنی بر استفاده از گرمایش سطوح سیاه شده اجسام است که از تابش خورشیدی ناشی می شود.

در ترموالکتریک اکتینومتر ساوینوف- یانیشفسکایا(شکل 27.5) قسمت دریافت کننده تابش یک دیسک نقره ای نازک است که از بیرون سیاه شده است 1. اتصالات عناصر حرارتی 2 با عایق الکتریکی به دیسک لحیم می شوند و سایر اتصالات 3 به یک حلقه مسی (که در شکل نشان داده نشده است) در داخل بدنه اکتینومتر وصل شده و سایه دار شده است. تحت تأثیر تابش خورشیدی، یک جریان الکتریکی در ترموپیل ایجاد می شود (نگاه کنید به 15.6)، که قدرت آن متناسب با شار تابش است.

تابش دوز خورشیدی به عنوان آفتاب درمانی (هلیوتراپی) و همچنین وسیله ای برای سفت کردن بدن استفاده می شود.

برای اهداف درمانی، از منابع مصنوعی تابش حرارتی استفاده می شود: لامپ های رشته ای (sollux) و ساطع کننده های مادون قرمز (مادون شعاع)، که در یک بازتابنده ویژه روی یک سه پایه نصب شده اند. ساطع کننده های مادون قرمز مانند بخاری های برقی خانگی با یک بازتابنده گرد طراحی شده اند. مارپیچ عنصر گرمایش توسط جریان تا دمای حدود 400-500 درجه سانتیگراد گرم می شود.

27.5. انتقال حرارت ارگانیسم. مفهوم ترموگرافی

بدن انسان به دلیل تنظیم حرارت دارای دمای مشخصی است که یکی از اجزای ضروری آن تبادل حرارت بدن با محیط است. اجازه دهید برخی از ویژگی های چنین انتقال حرارت را در نظر بگیریم، با این فرض که دمای محیط کمتر از دمای بدن انسان است.

انتقال حرارت از طریق هدایت، همرفت، تبخیر و تشعشع (جذب) صورت می گیرد.

نشان دادن دقیق توزیع مقدار گرمای منتشر شده بین فرآیندهای ذکر شده دشوار یا حتی غیرممکن است، زیرا به عوامل بسیاری بستگی دارد: وضعیت بدن (دما، حالت عاطفی، تحرک و غیره)، وضعیت بدن محیط (دما، رطوبت، حرکت هوا، و غیره) .p.)، لباس (مواد، شکل، رنگ، ضخامت).

اما می توان برای افرادی که فعالیت بدنی زیادی ندارند و در آب و هوای معتدل زندگی می کنند، تخمین های تقریبی و متوسط ​​انجام داد.

از آنجایی که هدایت حرارتی هوا کم است، این نوع انتقال حرارت بسیار ناچیز است.

جابجایی مهم تر است، این می تواند نه تنها معمولی، طبیعی، بلکه اجباری باشد که در آن هوا بر روی بدن گرم شده می وزد. لباس نقش مهمی در کاهش همرفتی دارد. در آب و هوای معتدل، 15 تا 20 درصد انتقال حرارت انسان از طریق همرفت انجام می شود.

تبخیر از سطح پوست و ریه ها اتفاق می افتد و حدود 30 درصد از دست دادن گرما رخ می دهد.

بیشترین سهم از دست دادن گرما (حدود 50 درصد) به دلیل تابش به محیط خارجی قسمت های باز بدن و لباس است. بخش اصلی است

تابش هفتم به محدوده مادون قرمز با طول موج 4 تا 50 میکرون اشاره دارد.

برای محاسبه این ضررها، دو فرض اصلی را مطرح می کنیم.

1. اجسام تشعشع شده (پوست انسان، پارچه لباس) به رنگ خاکستری گرفته می شود. این امکان استفاده از فرمول (27.12) را فراهم می کند.

حاصل ضرب ضریب جذب و ثابت استفان بولتزمن را می نامیم کاهش انتشار:δ = ασ. سپس (27.12) به شرح زیر بازنویسی می شود:

در زیر ضریب جذب و انتشار کاهش یافته برای برخی اجسام آمده است (جدول 27.1).

جدول 27.1

2. اجازه دهید قانون استفان بولتزمن را در مورد تشعشعات غیرتعادلی، که به ویژه شامل تابش بدن انسان می شود، اعمال کنیم.

اگر فرد برهنه ای که سطح بدنش درجه حرارت دارد t 1،در اتاقی با درجه حرارت است t 0 ,سپس تلفات تشعشعی آن را می توان به صورت زیر محاسبه کرد. مطابق با فرمول (27.15) یک فرد از تمام سطح باز بدن ناحیه تابش می کند سقدرت p1= S δ t] 4.در عین حال، فرد بخشی از تشعشعات موجود در اتاق، دیوارها، سقف و غیره را جذب می کند. اگر سطح بدن انسان دمایی برابر با دمای هوای اتاق داشته باشد، قدرت تابشی و جذب شده یکسان و برابر خواهد بود. p 0= S δ t 0 4 .

همین نیرو در سایر دماهای سطح بدن توسط بدن انسان جذب می شود.

بر اساس دو برابری آخر، نیرویی را که فرد هنگام تعامل با محیط از طریق تشعشع از دست می دهد، بدست می آوریم:

برای یک مرد لباس پوش زیر T 1باید دمای سطح لباس را درک کند. اجازه دهید یک مثال کمی برای توضیح نقش لباس بیان کنیم.

در دمای محیط 18 درجه سانتیگراد (291 کلوین)، یک فرد بدون لباس که دمای سطح پوستش 33 درجه سانتیگراد (306 کلوین) است، در هر ثانیه انرژی خود را از طریق تابش از ناحیه 1.5 متر مربعی از دست می دهد:

آر= 1.5؟ 5.1؟ 10-8 (3064 - 2914) J/s و 122 J/s.

در همان دمای محیط در لباس های نخی که دمای سطح آن 24 درجه سانتیگراد (297 کلوین) است، انرژی در هر ثانیه از طریق تشعشع از دست می رود:

R od \u003d 1.5؟ 4.2؟ 10-8 (2974 - 2914) J/s و 37 J/s.

حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی بدن انسان، مطابق با قانون وین، در طول موج تقریباً 9.5 میکرون در دمای سطح پوست 32 درجه سانتی گراد می افتد.

با توجه به وابستگی شدید درخشندگی انرژی (قدرت چهارم دمای ترمودینامیکی)، حتی یک افزایش جزئی در دمای سطح می تواند چنین تغییری در توان تابشی ایجاد کند که به طور قابل اعتماد توسط ابزارها ثبت می شود. بیایید این را به صورت کمی توضیح دهیم.

ما معادله (27.15) را متمایز می کنیم: dR e= 4σ 7 3 ? د Τ. با تقسیم این عبارت بر (27.15)، به دست می آید dR e /R e= 4dT/T. این بدان معنی است که تغییر نسبی در درخشندگی انرژی چهار برابر بیشتر از تغییر نسبی دمای سطح تابش است. بنابراین، اگر دمای سطح بدن انسان 3 درجه سانتیگراد تغییر کند، یعنی. تقریباً 1٪، سپس درخشندگی انرژی 4٪ تغییر می کند.

در افراد سالم، توزیع دما در نقاط مختلف سطح بدن کاملا مشخص است. با این حال، فرآیندهای التهابی، تومورها می توانند دمای محلی را تغییر دهند.

دمای وریدها به وضعیت گردش خون و همچنین به سرد شدن یا گرم شدن اندام ها بستگی دارد. بنابراین ثبت تشعشعات قسمت های مختلف سطح بدن انسان و تعیین دمای آنها یک روش تشخیصی است.

چنین روشی به نام ترموگرافی،به طور فزاینده ای در عمل بالینی استفاده می شود.

ترموگرافی کاملاً بی ضرر است و در آینده می تواند به روشی برای معاینه پیشگیرانه انبوه جمعیت تبدیل شود.

تعیین تفاوت دمای سطح بدن در طول ترموگرافی عمدتاً با دو روش انجام می شود. در یک مورد از نشانگرهای کریستال مایع استفاده می شود که خواص نوری آنها به تغییرات دمایی کوچک بسیار حساس است. با قرار دادن این نشانگرها بر روی بدن بیمار، می توان با تغییر رنگ آنها، تفاوت دمای موضعی را به صورت بصری مشخص کرد.

روش دیگر فنی است و مبتنی بر استفاده از تصویرگرهای حرارتی است (به 27.8 مراجعه کنید).

27.6. پرتوهای مادون قرمز و کاربرد آن در پزشکی

تابش الکترومغناطیسی منطقه طیفی بین مرز قرمز نور مرئی را اشغال می کند(λ = 0.76 میکرومتر)و انتشار رادیویی موج کوتاه[λ = (1-2) میلی متر]،مادون قرمز نامیده می شود(IR).

ناحیه مادون قرمز طیف به طور مشروط به نزدیک (0.76-2.5 میکرون)، متوسط ​​(2.5-50 میکرون) و دور (50-2000 میکرون) تقسیم می شود.

جامدات و مایعات گرم شده یک طیف مادون قرمز پیوسته منتشر می کنند. اگر در قانون وین به جای λ Μαχ با جایگزینی حدود تابش IR، به ترتیب دمای 3800-1.5 کلوین را به دست خواهیم آورد، این بدان معناست که در شرایط عادی، تمام اجسام مایع و جامد عملا نه تنها منبع تابش IR هستند، بلکه حداکثر تابش را در ناحیه IR از مادون قرمز نیز دارند. طیف انحراف اجسام واقعی از خاکستری ماهیت نتیجه را تغییر نمی دهد.

در دمای پایین، درخشندگی انرژی اجسام کم است.بنابراین، نمی توان از همه اجسام به عنوان منبع تابش مادون قرمز استفاده کرد. در این راستا در کنار منابع حرارتی تشعشعات مادون قرمز، از لامپ ها و لیزرهای جیوه ای پرفشار نیز استفاده می شود که دیگر طیف پیوسته ای را ارائه نمی دهند. خورشید منبع قدرتمند تابش IR است، حدود 50 درصد تابش آن در ناحیه IR طیف قرار دارد.

روش‌های تشخیص و اندازه‌گیری تابش مادون قرمز عمدتاً به دو گروه حرارتی و فوتوالکتریک تقسیم می‌شوند. نمونه ای از هیت سینک یک ترموکوپل است که گرمایش آن باعث القای جریان الکتریکی می شود (به 15.6 مراجعه کنید). گیرنده های فوتوالکتریک شامل فتوسل ها، لوله های تشدید کننده تصویر، مقاومت های نوری هستند (به 27.8 مراجعه کنید).

همچنین امکان تشخیص و ثبت تشعشعات مادون قرمز با صفحات عکاسی و فیلم های عکاسی با پوشش مخصوص وجود دارد.

استفاده درمانی از اشعه مادون قرمز بر اساس اثر حرارتی آن است. بیشترین اثر با تابش مادون قرمز موج کوتاه، نزدیک به نور مرئی به دست می آید. لامپ های ویژه برای درمان استفاده می شود (به 27.4 مراجعه کنید).

اشعه مادون قرمز تا عمق حدود 20 میلی متری به بدن نفوذ می کند، بنابراین لایه های سطحی به میزان بیشتری گرم می شوند. اثر درمانی دقیقاً به دلیل گرادیان دمایی در حال ظهور است که فعالیت سیستم تنظیم حرارت را فعال می کند. افزایش خون رسانی به محل پرتودهی منجر به پیامدهای درمانی مطلوب می شود.

27.7. اشعه ماوراء بنفش و کاربردهای آن در پزشکی

تابش الکترومغناطیسی که ناحیه طیفی بین مرز بنفش نور مرئی (λ = 400 نانومتر) و قسمت طول موج بلند تابش اشعه ایکس (λ = 10 نانومتر) را اشغال می کند، ماوراء بنفش (UV) نامیده می شود.

در ناحیه زیر 200 نانومتر، اشعه ماوراء بنفش به شدت توسط همه بدن از جمله لایه‌های نازک هوا جذب می‌شود، بنابراین مورد توجه پزشکی نیست.

بقیه طیف UV به طور مشروط به سه منطقه تقسیم می شود: A (400-315 نانومتر)، B (315-280 نانومتر) و C (280-200 نانومتر).

جامدات رشته ای در دماهای بالا مقدار قابل توجهی اشعه ماوراء بنفش ساطع می کنند. با این حال، حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی، مطابق با قانون وین، حتی برای طولانی‌ترین طول موج (0.4 میکرومتر) روی 7000 کلوین می‌افتد. در عمل، این بدان معنی است که در شرایط عادی، تابش حرارتی اجسام خاکستری نمی‌تواند به عنوان یک منبع موثر پرتوهای UV قدرتمند قوی ترین منبع تابش حرارتی UV خورشید است که 9 درصد تابش آن در مرز جو زمین ماوراء بنفش است.

در شرایط آزمایشگاهی، تخلیه الکتریکی در گازها و بخارات فلزی به عنوان منبع تابش اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود. چنین تشعشعی دیگر حرارتی نیست و دارای طیف خطی است.

اندازه گیری اشعه ماوراء بنفش عمدتاً توسط گیرنده های فوتوالکتریک انجام می شود: فتوسل ها، فتومولتیپلایرها (نگاه کنید به 27.8). شاخص های نور UV مواد شب تاب و صفحات عکاسی هستند.

اشعه ماوراء بنفش برای عملکرد میکروسکوپ های فرابنفش (نگاه کنید به 26.8)، میکروسکوپ های فلورسنت، برای تجزیه و تحلیل لومینسانس (نگاه کنید به 29.7) ضروری است.

کاربرد اصلی اشعه ماوراء بنفش در پزشکی با اثرات بیولوژیکی خاص آن مرتبط است که ناشی از فرآیندهای فتوشیمیایی است (نگاه کنید به 29.9).

27.8. اثر فوتوالکتریک و برخی از کاربردهای آن

اثر فوتوالکتریک (اثر فوتوالکتریک) به گروهی از پدیده‌ها گفته می‌شود که هنگام برهمکنش نور با ماده رخ می‌دهند و شامل گسیل الکترون‌ها (اثر فوتوالکتریک خارجی)، یا تغییر در رسانایی الکتریکی یک ماده یا وقوع یک موتور الکتریکی است. نیرو (اثر فوتوالکتریک داخلی).

اثر فوتوالکتریک خواص جسمی نور را آشکار می کند. این موضوع در این فصل مورد بحث قرار می گیرد، زیرا تعدادی روش برای نشان دادن تابش حرارتی بر اساس این پدیده است.

اثر فوتوالکتریک خارجی در گازها روی اتم‌ها و مولکول‌های منفرد (فتویونیزاسیون) و در محیط‌های متراکم مشاهده می‌شود.

اثر فوتوالکتریک خارجی در یک فلز را می توان به صورت متشکل از سه فرآیند نشان داد: جذب یک فوتون توسط یک الکترون رسانا، که در نتیجه انرژی جنبشی الکترون افزایش می یابد. حرکت الکترون به سطح بدن؛ خروج الکترون از فلز این فرآیند به صورت انرژی با معادله انیشتین توصیف می شود:

hv = آ+ مترυ2 / 2، (27.16)

که در آن hv = ε انرژی فوتون است. مترυ 2/2 - انرژی جنبشی الکترون ساطع شده از فلز. آتابع کار یک الکترون است.

اگر در حالی که فلز را با نور تک رنگ روشن می کنیم، فرکانس تابش را کاهش دهیم (طول موج را افزایش دهیم)، سپس با شروع از مقدار مشخصی از آن به نام مرز قرمز، اثر فوتوالکتریک متوقف می شود. با توجه به (27.16)، انرژی جنبشی صفر یک الکترون مطابق با حالت محدود است که منجر به این رابطه می شود:

hv rp = A، یا λ gr = hc/A. (27.17)

این عبارات تابع کار را تعریف می کنند آ.

ما مقادیر مرز قرمز اثر فوتوالکتریک و تابع کار را برای برخی فلزات ارائه می دهیم (جدول 27.2).

جدول 27.2

همانطور که می بینید، اصطلاح "حاشیه قرمز" به این معنی نیست که مرز اثر فوتوالکتریک لزوماً در ناحیه قرمز قرار می گیرد.

اگر انرژی فوتون برای انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به نوار رسانایی کافی باشد، اثر فوتوالکتریک داخلی زمانی مشاهده می‌شود که نیمه‌رساناها و دی‌الکتریک‌ها روشن می‌شوند. در نیمه هادی های ناخالصی، اگر انرژی الکترون برای انتقال الکترون ها از سطوح ناخالصی دهنده یا از نوار ظرفیت به سطوح ناخالصی پذیرنده کافی باشد، اثر فوتوالکتریک نیز تشخیص داده می شود. اینگونه است که رسانایی نوری در نیمه هادی ها و دی الکتریک ها رخ می دهد.

نوع جالبی از اثر فوتوالکتریک داخلی در تماس الکترون ها و نیمه هادی های حفره مشاهده می شود. در این حالت تحت تاثیر نور الکترون ها و حفره هایی تشکیل می شود که با میدان الکتریکی از هم جدا می شوند پ-انتقال n: الکترون ها به سمت نیمه هادی از نوع u و حفره ها به سمت نیمه هادی از نوع p حرکت می کنند. در این حالت، اختلاف پتانسیل تماس بین حفره و نیمه هادی الکترونی در مقایسه با نیمه هادی تعادلی تغییر می کند، یعنی. نیروی فوتوالکتروموتور رخ می دهد. این شکل از اثر فوتوالکتریک داخلی، اثر فوتوالکتریک دریچه نامیده می شود.

می توان از آن برای تبدیل مستقیم انرژی تابش الکترومغناطیسی به انرژی جریان الکتریکی استفاده کرد.

دستگاه های خلاء الکتریکی یا نیمه هادی که اصل عملکرد آنها بر اساس اثر فوتوالکتریک است، فوتوالکترونیک نامیده می شود. دستگاه برخی از آنها را در نظر بگیرید.

رایج ترین دستگاه فوتوالکترونیک فتوسل است. یک فتوسل بر اساس یک اثر فوتوالکتریک خارجی (شکل 27.6، a) از یک منبع الکترونی - یک فوتوکاتد تشکیل شده است. به،که نور بر آن می افتد و آند آ.کل سیستم در یک سیلندر شیشه ای محصور شده است که هوا از آن خارج می شود. فوتوکاتد که یک لایه حساس به نور است، می تواند مستقیماً بر روی بخشی از داخلی قرار گیرد

سطح اولیه بالون (شکل 27.6، ب). روی انجیر 27.6، در طرح گنجاندن یک فوتوکاتد در یک مدار آورده شده است.

برای فتوسل‌های خلاء، حالت عملکرد حالت اشباع است که مربوط به بخش‌های افقی مشخصه‌های جریان-ولتاژ به‌دست‌آمده در مقادیر مختلف شار نور است (شکل 27.7؛ Ф 2 > Ф 1).

پارامتر اصلی یک فتوسل حساسیت آن است که به صورت نسبت قدرت جریان نوری به شار نوری مربوطه بیان می شود. این مقدار در فتوسل های خلاء به مقدار 100 μA/lm می رسد.

برای افزایش قدرت جریان نور، از فتوسل‌های پر از گاز نیز استفاده می‌شود که در آن‌ها یک تخلیه تاریک غیرخودپایدار در یک گاز بی‌اثر رخ می‌دهد و گسیل الکترون ثانویه انتشار الکترون‌هایی است که در نتیجه بمباران فلز رخ می‌دهد. سطح با پرتو الکترونی اولیه دومی در لوله های فتو ضربی (PMT) کاربرد پیدا می کند.

طرح PMT در شکل نشان داده شده است. 27.8. حادثه در فوتوکاتد بهفوتون ها الکترون هایی را ساطع می کنند که روی اولین الکترود (داینود) متمرکز شده اند. E 1.در نتیجه تابش الکترون ثانویه، الکترون های بیشتری از این دینو خارج می شوند تا اینکه روی آن بیفتند، یعنی. ضرب الکترون ها صورت می گیرد. با ضرب در داینودهای بعدی، الکترون ها در نهایت جریانی را تشکیل می دهند که صدها هزار بار در مقایسه با جریان نوری اولیه تقویت شده است.

PMT ها عمدتاً برای اندازه گیری شارهای تابشی کوچک استفاده می شوند؛ به ویژه، آنها بیولومینسانس فوق العاده ضعیف را ثبت می کنند که در برخی از مطالعات بیوفیزیکی مهم است.

بر اساس اثر فوتوالکتریک خارجی، کار الکترون نوری

مبدل (EOP)، طراحی شده برای تبدیل یک تصویر از یک منطقه از طیف به منطقه دیگر، و همچنین برای افزایش روشنایی تصاویر.

طرح ساده ترین لوله تقویت کننده تصویر در شکل نشان داده شده است. 27.9. تصویر نوری جسم 1 که بر روی یک فوتوکاتد نیمه‌شفاف K پخش می‌شود، به تصویر الکترونیکی 2 تبدیل می‌شود. الکترون‌هایی که توسط میدان الکتریکی الکترودهای E شتاب گرفته و متمرکز شده‌اند، وارد صفحه نورتاب L می‌شوند. در اینجا، تصویر الکترونیکی دوباره به نور 3 به دلیل کاتدولومینسانس.

در پزشکی، از لوله های تشدید کننده تصویر برای افزایش روشنایی یک تصویر اشعه ایکس استفاده می شود (به 31.4 مراجعه کنید)، که می تواند به طور قابل توجهی دوز تشعشع را برای شخص کاهش دهد. اگر سیگنال لوله تشدید کننده تصویر به صورت اسکن به یک سیستم تلویزیون اعمال شود، می توان تصویر "حرارتی" اشیاء را روی صفحه تلویزیون به دست آورد. قسمت هایی از بدن که دماهای متفاوتی دارند در صفحه نمایش یا در رنگی که تصویر رنگی است و یا از نظر روشنایی اگر تصویر سیاه و سفید باشد متفاوت است. چنین سیستم فنی

تصویرگر حرارتی نامیده می شود و در ترموگرافی استفاده می شود (نگاه کنید به 27.5). روی انجیر 27.10 ظاهر تصویرگر حرارتی TV-03 را نشان می دهد.

فتوسل های گیت نسبت به خلاء مزیت دارند، زیرا بدون منبع جریان کار می کنند.

یکی از این فتوسل ها - اکسید مس - در نمودار در شکل نشان داده شده است. 27.11. صفحه مسی که به عنوان یکی از الکترودها عمل می کند، با یک لایه نازک از اکسید مس Cu 2 O (نیمه رسانا) پوشیده شده است. یک لایه شفاف از فلز (به عنوان مثال، طلا طلا) روی اکسید مس اعمال می شود که به عنوان الکترود دوم عمل می کند. اگر فتوسل از طریق الکترود دوم روشن شود، یک photo-emf بین الکترودها ظاهر می‌شود و وقتی الکترودها بسته می‌شوند، بسته به شار نور، جریانی در مدار الکتریکی جریان می‌یابد. حساسیت فتوسل های شیر به چندین هزار میکرو آمپر در هر لومن می رسد.

بر اساس فتوسل های سوپاپ بسیار کارآمد با راندمان 15 درصد برای تشعشع خورشیدی، باتری های خورشیدی ویژه ای برای تامین انرژی تجهیزات داخلی ماهواره ها و فضاپیماها ایجاد می شوند.

وابستگی قدرت جریان نور به روشنایی (شار نور) امکان استفاده از فتوسل ها را به عنوان لوکس متر فراهم می کند که در عمل بهداشتی و بهداشتی و در عکاسی برای تعیین نوردهی (در نورسنج) استفاده می شود.

برخی از فتوسل های دریچه ای (سولفید تالیوم، ژرمانیوم و غیره) به تابش مادون قرمز حساس هستند، از آنها برای تشخیص اجسام نامرئی گرم شده استفاده می شود، به عنوان مثال. گویی امکانات بینایی را گسترش می دهد. سایر فتوسل‌ها (سلنیوم) دارای حساسیت طیفی نزدیک به چشم انسان هستند که امکان استفاده از آنها را در سیستم‌ها و دستگاه‌های خودکار به‌جای چشم به‌عنوان گیرنده‌های عینی محدوده نور مرئی باز می‌کند.

دستگاه هایی به نام مقاومت نوری بر اساس پدیده رسانایی نوری ساخته شده اند. ساده ترین مقاومت نوری (شکل 27.12)

یک لایه نازک از نیمه هادی است 1 با الکترودهای فلزی 2; 3 - عایق

مقاومت نوری، مانند فتوسل، به شما اجازه می دهد تا برخی از ویژگی های نور را تعیین کنید و در سیستم های اتوماتیک و تجهیزات اندازه گیری استفاده می شود.

27.9. استاندارد نور. برخی از اندازه گیری های نور

تابش حرارتی اجسام به طور گسترده ای به عنوان منبع نور مرئی مورد استفاده قرار می گیرد، بنابراین اجازه دهید کمیت های بیشتری را که آن را مشخص می کند، بررسی کنیم.

برای بازتولید با بالاترین دقت قابل دستیابی واحدهای کمیت نور، از استاندارد نور با ابعاد هندسی کاملاً مشخص استفاده می شود.

دستگاه آن به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. 27.13: 1 - یک لوله از اکسید توریم ذوب شده در بوته قرار می گیرد 2, متشکل از اکسید توریم ذوب شده و پر از پلاتین 3 خالص از نظر شیمیایی. 4 - ظرف کوارتز با پودر اکسید توریم 5؛ 6 - پنجره مشاهده؛ 7 - تنظیم فتومتریک که به شما امکان می دهد تا نور ایجاد شده روی صفحه را یکسان کنید 9, مرجع ارسال کننده و مرجع-کپی; 8 - یک لامپ رشته ای الکتریکی مخصوص (کپی استاندارد).

قدرت نور من- مشخصه منبع نور - بیان شده در can-delas (cd). Candela - شدت نور ساطع شده از سطح 1/600000 متر مربع از یک قطره چکان کامل در جهت عمود در دمای تابشگر برابر با دمای انجماد پلاتین در فشار 101325 Pa.

شار نوری Ф میانگین توان انرژی تشعشعی است که با حس نوری که تولید می کند تخمین زده می شود.

واحد شار نوری لومن (lm) است. لومن - شار نوری ساطع شده توسط یک منبع نقطه ای در زاویه جامد 1 sr با شدت نور 1 cd.

درخشندگیمقداری برابر با نسبت شار نوری ساطع شده از یک سطح نورانی به مساحت این سطح تماس بگیرید:

واحد درخشندگی لوکس (lx) است - روشنایی سطحی با مساحت 1 متر مربع با شار نورانی تابش تابیده شده بر روی آن برابر با 1 lm.

برای ارزیابی گسیل یا انعکاس نور در یک جهت معین، یک کمیت نور معرفی می شود که به آن می گویند روشنایی.روشنایی به عنوان نسبت شدت نور dI سطح ابتدایی dS در یک جهت معین به برآمدگی سطح نورانی بر روی صفحه ای عمود بر این جهت تعریف می شود:

جایی که α زاویه بین عمود بر سطح نورانی و جهت داده شده است (شکل 27.14).

واحد روشنایی - کندلا در هر متر مربع (cd / m 2). استاندارد نور تحت شرایط فرموله شده در بالا با روشنایی 6؟ 10 5 سی دی / متر مربع .

به منابعی که روشنایی آنها در همه جهات یکسان است گفته می شود لامبرتیان; به بیان دقیق، فقط بدن سیاه چنین منبعی است.

روشناییمقداری برابر با نسبت جریان وارد شده در یک سطح معین به مساحت این سطح نامیده می شود:

در بهداشت، از روشنایی برای ارزیابی روشنایی استفاده می شود. روشنایی با لوکس متر اندازه گیری می شود که اصل آن بر اساس اثر فوتوالکتریک است (نگاه کنید به 27.8).

ارزیابی و سهمیه بندی نور طبیعی نه در واحدهای مطلق، بلکه از نظر نسبی ضریب روشنایی طبیعی انجام می شود - نسبت روشنایی طبیعی در نقطه در نظر گرفته شده در داخل خانه به مقدار همزمان روشنایی در فضای باز در یک سطح افقی در فضای باز و بدون آن. نور مستقیم خورشید

ارزیابی نور مصنوعی با اندازه گیری روشنایی و روشنایی انجام می شود و نرمال سازی سطوح روشنایی مصنوعی با در نظر گرفتن ماهیت کار بصری انجام می شود. حدود نور مجاز برای کارهای مختلف از صدها تا چند هزار لوکس است.

18.1. دمای T کوره را در صورتی بیابید که تابش یک سوراخ در آن با مساحت S = 6.1 سانتی متر مربع دارای توان N = 34.6 وات است. تابش نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود.

18.2. قدرت تابش N خورشید چقدر است؟ تابش خورشید نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود. دمای سطح خورشید T = 5800 K.

18.3. چه درخشندگی انرژی R" E سرب سخت شده است؟ نسبت درخشندگی انرژی سرب و جسم سیاه برای دمای معین k =0.6.

18.4. قدرت تابش جسم سیاه N = 34 کیلو وات. دما را پیدا کنید تیاین جسم اگر معلوم شود که سطح آن اس\u003d 0.6 متر مربع.

18.5. قدرت تابش یک سطح فلز داغ N = 0.67 کیلو وات است. دمای سطح T = 2500K، مساحت آن S = 10 سانتی متر مربع. اگر این سطح کاملاً سیاه بود چه قدرت تابشی N داشت؟ نسبت k درخشندگی انرژی این سطح و جسم کاملاً سیاه را در دمای معین پیدا کنید.

18.6. قطر رشته تنگستن در یک لامپ د= 0.3 میلی متر، طول مارپیچ l = 5 سانتی متر. Uجریان 127 ولت از طریق لامپ I \u003d 0.31 A می گذرد. ​​دما را پیدا کنید تیمارپیچ ها فرض کنید پس از برقراری تعادل، تمام گرمای آزاد شده در رشته در نتیجه تابش از بین می رود. نسبت درخشندگی انرژی تنگستن و جسم سیاه برای دمای معین k = 0.31 است.

18.7. دمای یک رشته تنگستن در یک لامپ 25 واتی T = 2450 K است. نسبت درخشندگی آن به درخشندگی جسم سیاه در دمای معین k = 0.3. مساحت S سطح تابشی مارپیچ را پیدا کنید.

18.8. ثابت خورشیدی K را پیدا کنید، یعنی مقدار انرژی تابشی ارسال شده توسط خورشید در واحد زمان از طریق واحد سطح عمود بر پرتوهای خورشید و در همان فاصله از آن با زمین قرار دارد. دمای سطح خورشید T = 5800K است. تابش خورشید نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود.

18.9. با فرض اینکه جو 10 درصد انرژی تابشی را جذب می کند. ارسال شده توسط خورشید، توان تابشی N دریافت شده از خورشید توسط بخش افقی زمین با یک مساحت را پیدا کنید S= 0.5 هکتار ارتفاع خورشید بالای افق φ = 30 درجه است. تابش خورشید نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود.

18.10. با دانستن مقدار ثابت خورشیدی برای زمین (به مسئله 18.8 مراجعه کنید)، مقدار ثابت خورشیدی را برای مریخ بیابید.

18.11. اگر حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن در طول موج λ = 484 نانومتر بیفتد، یک جسم کاملاً سیاه چه مقدار انرژی R e دارد؟

18.12. توان تابش جسم کاملاً سیاه N = 10 کیلو وات اگر حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن روی طول موج λ = 700 نانومتر بیفتد، مساحت S سطح تابشی جسم را بیابید.

18.13. در چه مناطقی از طیف، طول موج‌های مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی است، اگر منبع نور: الف) مارپیچ یک لامپ الکتریکی (T = 3000 K) باشد. ب) سطح خورشید (T = 6000 K)؛ ج) یک بمب اتمی که در لحظه انفجار دما در آن ایجاد می شود T = 10 7 K؟ تابش نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود.

18.14. شکل منحنی وابستگی چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه r λ را بر روی طول موج λ در دمای معین نشان می دهد. تا چه دمایی تیآیا این منحنی اعمال می شود؟ در این دما چند درصد از انرژی ساطع شده در طیف مرئی قرار دارد؟

18.15. هنگام گرم کردن یک جسم کاملا سیاه، طول موج λ، که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را به خود اختصاص می دهد، از 690 به 500 نانومتر تغییر کرد. در این حالت نفوذپذیری انرژی بدن چند برابر افزایش یافت؟

18.16. چه طول موجی λ حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم کاملاً سیاه را با دمایی برابر با دما محاسبه می کند. t = 37 درجهبدن انسان، یعنی T = 310K؟

18.17. دمای T یک جسم کاملا سیاه با گرم شدن از 1000 به 3000 کلوین تغییر کرد. درخشندگی انرژی آن R e چند برابر افزایش یافت؟ طول موج λ چقدر تغییر کرده است که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را نشان می دهد؟ حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی r λ چند برابر افزایش یافته است ?

18.18. یک جسم کاملاً سیاه دارای دمای T 1 = 2900 K است. در نتیجه خنک شدن جسم، طول موج که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را به حساب می‌آورد، به میزان Δλ = 9 میکرومتر تغییر کرده است. بدن تا چه دمایی T2 سرد شده است؟

18.19. سطح بدن تا دمای T = 1000K گرم می شود. سپس نیمی از این سطح با ΔT = 100K گرم می شود، نیمی دیگر با ΔT = 100K خنک می شود. چند بار درخشندگی انرژی تغییر خواهد کرد آر اوه سطح این بدن؟

18.20. چه توان N باید به یک توپ فلزی سیاه شده به شعاع r داده شود = 2 سانتی متر برای حفظ دما در ΔT = 27K بالاتر از دمای محیط؟ دمای محیط T = 293 K. فرض کنید که گرما فقط در اثر تابش از بین می رود.

18.21. توپ سیاه شده از دمای T 1 = 300 K به T 2 = 293 K خنک می شود. طول موج λ چقدر تغییر کرده است. , مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن است؟

18.22. جرم خورشید در یک سال بر اثر تابش چقدر کاهش می یابد؟ چقدر طول می کشد تا جرم خورشید نصف شود؟ دمای سطح خورشید تی= 5800 هزار. تابش خورشید ثابت فرض می شود.

اجسام کاملاً سفید و خاکستری که سطح یکسانی دارند تا دمای یکسان گرم می شوند. شار تابش حرارتی این اجسام Ф 0 (سفید) و Ф (خاکستری) را مقایسه کنید. جواب: 3. ف 0 <Ф. اجسام کاملاً سیاه و خاکستری که سطح یکسانی دارند تا یک دما گرم می شوند. شار تابش حرارتی این اجسام Ф 0 (سیاه) و Ф (خاکستری) را مقایسه کنید. جواب: 2. ف 0 > اف. بدنه مشکی ... پاسخ: 1. جسمی که تمام انرژی امواج الکترومغناطیسی تابیده شده به آن را بدون توجه به طول موج (فرکانس) جذب می کند. یک جسم کاملاً سیاه دارای دمای T 1 = 2900 K است. در نتیجه سرد شدن جسم، طول موج که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را به حساب می‌آورد، به میزان Δλ=9 میکرومتر تغییر کرده است. بدن تا چه دمایی T2 سرد شده است؟ وینا ثابت با 1=2.9×10 -3 mK. جواب: 2. ت 2 = 290 هزار. مشخص است که حداکثر انرژی تابش خورشید مربوط به موج l 0 = 0.48 میکرومتر است. شعاع خورشید R= m، جرم خورشید M= کیلوگرم. چقدر طول می کشد تا خورشید 1000000 کیلوگرم از جرم خود را از دست بدهد؟ پاسخ: 4. 2 × 10 -4 با. دو منبع کاملاً سیاه تابش حرارتی وجود دارد. دمای یکی از آنها T 1 = 2500 K است. دمای منبع دیگر را در صورتی بیابید که طول موج متناظر با حداکثر تابش آن l=0.50 میکرومتر از طول موج متناظر با حداکثر گسیل منبع اول باشد. (ثابت قانون جابجایی وین b=0.29cm× TO). پاسخ: 3.T 2 = 1750 هزار. دو منبع کاملاً سیاه تابش حرارتی وجود دارد. دمای یکی از آنها T 1 = 2500 K است. دمای منبع دیگری را در صورتی بیابید که طول موج متناظر با حداکثر تابش آن Δλ=0.50 میکرومتر از طول موج متناظر با حداکثر تابش منبع اول باشد. . جواب: 1. 1.75 کیلو کیلو. یک سطح فلزی با مساحت S=15 سانتی متر مربع که تا دمای T=3 کیلو کلوین گرم شده است، 100 کیلوژول در دقیقه ساطع می کند. نسبت درخشندگی انرژی این سطح و جسم سیاه را در دمای معین تعیین کنید. وزن: 2. 0.2. آیا ظرفیت جذب یک جسم خاکستری به موارد زیر بستگی دارد: الف) فرکانس تابش. ب) دما پاسخ: 3. الف) خیر; ب) بله. قدرت تابش جسم کاملا سیاه N=34 کیلووات. دمای T این جسم را در صورتی بیابید که سطح آن S=0.6 متر مربع است. ثابت استفان بولتزمن d=5.67×10 -8 W/(m2×K2). جواب: 4. T=1000 K. قدرت تابش یک سطح فلز داغ P'=0.67 کیلو وات است. دمای سطح T=2500 K مساحت آن S=10cm 2 . نسبت k از درخشندگی های انرژی این سطح و جسم کاملاً سیاه را در دمای معین بیابید (ثابت استفان بولتزمن σ=5.67×10 -8 W/(m2 ×K4)). پاسخ: 1. k=0.3. پاسخ: 1. 2. دمای T کوره را بیابید، اگر مشخص شود که تابش سوراخ در آن به مساحت S=6.1 سانتی متر مربع دارای توان N=34.6 وات است. تابش نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود (S=5.67×10 -8 W/(m2 ×K4)). جواب: 2. T=1000K. 2. λm=0.97 میکرومتر. پاسخ: 2. λm≈0.5 میکرومتر. شکل وابستگی چگالی طیفی مواد (1و2) به طول موج را نشان می دهد. در مورد این مواد و دمای آنها چه می توان گفت؟ 1) مواد یکسان هستند، T 1 > T 2. 2) مواد مختلف T 1 3) مواد یکسان هستند، نتیجه گیری در مورد نسبت دما غیرممکن است. 4) مواد یکسان هستند، T 1 5) مواد متفاوت هستند، نتیجه گیری در مورد نسبت دما غیرممکن است. 6) مواد یکسان هستند، T 1 \u003d T 2. 7) نتیجه گیری در مورد مواد غیرممکن است، T 1 > T 2. 8) مواد را نمی توان نتیجه گرفت، T 1 9) هیچ پاسخ صحیحی وجود ندارد. پاسخ: 9. هیچ پاسخ صحیحی وجود ندارد. شکل نمودارهای وابستگی چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه را به طول موج تشعشع در دماهای مختلف T 1 و T 2 نشان می دهد، با T 1 > T 2 (T 1 tops در Ox بزرگتر از T 2 است). کدام یک از شکل ها به درستی قوانین تابش حرارتی را در نظر می گیرد؟ پاسخ: 1. صحیح. سطح بدن تا دمای T=1000 K گرم می شود. سپس نیمی از این سطح با ΔT=100 K گرم می شود، دیگری با ΔT=100 K خنک می شود. درخشندگی انرژی متوسط ​​چند برابر خواهد شد سطح این بدن تغییر می کند؟ پاسخ: 3. 1.06 بار. جریان الکتریکی از صفحه عبور می کند، در نتیجه به دمای تعادل T 0 \u003d 1400 K می رسد. پس از آن، قدرت جریان الکتریکی 2 برابر کاهش یافت. دمای تعادل جدید T را تعیین کنید. 2. T=1174 K.	عبارت صحیح را انتخاب کنید. پاسخ: 2. تابش یک جسم کاملاً سیاه در دمای معین از تابش هر جسم دیگری در همان دما بیشتر است. عبارت صحیح را در مورد نحوه انتشار امواج الکترومغناطیسی انتخاب کنید. پاسخ: 4. امواج الکترومغناطیسی به طور پیوسته ساطع نمی شوند، اما در کوانتوم های جداگانه در هر دمای بالاتر از 0 K منتشر می شوند. قطر رشته تنگستن در یک لامپ d=0.3 میلی متر طول رشته l=5 سانتی متر است.هنگامی که لامپ به شبکه ای با ولتاژ U=127V متصل می شود جریان I=0.31 A از طریق لامپ می گذرد. دمای T رشته را بیابید. فرض کنید پس از برقراری تعادل، تمام گرمای آزاد شده در رشته در نتیجه تابش از بین می رود. نسبت درخشندگی انرژی تنگستن و جسم سیاه برای دمای معین k=0.31 است. ثابت استفان بولتزمن d = 5.67 × 10-8 W / (m2 × K2). جواب: 3. T=2600 K. دو حفره وجود دارد (شکل را ببینید) با سوراخ های کوچک با قطر یکسان d=l.0 سانتی متر و سطوح بیرونی کاملاً بازتابنده. فاصله بین سوراخ ها l=10 سانتی متر است دمای ثابت در حفره 1 T 1 = 1700 K حفظ می شود دمای ثابت را در حفره 2 محاسبه کنید. 3.T 2 =400 K. دو حفره وجود دارد (شکل را ببینید) با سوراخ‌های کوچک به قطر d سانتی‌متر و سطوح بیرونی کاملاً بازتابنده. فاصله بین سوراخ ها در حفره 1 در دمای ثابت T 1 حفظ می شود. دمای حالت پایدار در حفره 2 را محاسبه کنید. توجه: به خاطر داشته باشید که جسم سیاه یک تابش کننده کسینوس است. 1. تی 2 =T1sqrt(d/2l). مطالعه طیف تابش خورشیدی نشان می دهد که حداکثر چگالی طیفی تابش با طول موج l=500nm مطابقت دارد. با در نظر گرفتن خورشید به عنوان یک جسم کاملاً سیاه، میزان انتشار (Re) خورشید را تعیین کنید. 2. Re=64mW/m 2 . قدرت تابش جسم کاملا سیاه N=10 کیلو وات. اگر حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن روی طول موج λ=700 نانومتر باشد، ناحیه S سطح تابشی جسم را بیابید. ثابت استفان بولتزمن d=5.67×10 -8 W/(m2×K2). جواب: 3.اس=6.0 سانتی متر مربع الف) طول موج مربوط به حداکثر چگالی طیفی تابش (λmax). ب) حداکثر انرژی ساطع شده توسط موجی با طول معین در واحد زمان از سطح واحد (rλ, t) با افزایش دمای جسم گرم شده. 3. الف) کاهش; ب) افزایش خواهد یافت. یک جسم گرم شده تابش حرارتی را در کل محدوده طول موج تولید می کند. چگونه تغییر خواهد کرد: الف) طول موج مربوط به حداکثر چگالی تابش طیفی (λmax). ب) حداکثر انرژی ساطع شده توسط موجی با طول معین در واحد زمان از یک واحد سطح (rλ, t) با کاهش دمای جسم گرم شده. جواب: 2. الف) افزایش; ب) کاهش یابد. چند بار باید دمای ترمودینامیکی یک جسم سیاه را کاهش داد تا درخشندگی انرژی Re 16 برابر کاهش یابد؟ پاسخ: 1. 2. دمای T کوره را بیابید، اگر مشخص شود که تابش سوراخ در آن به مساحت S=6.1 سانتی متر مربع دارای توان N=34.6 وات است. تابش نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود (S=5.67×10 -8 W/(m2 ×K4)). جواب: 2. T=1000K. اگر منبع نور مارپیچ یک لامپ باشد (T=3000 K) طول موج λm را که مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی است، بیابید. تابش نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود. (Constant Vina С 1 = 2.9∙10-3 m∙K). پاسخ: 2. λm=0.97 میکرومتر. اگر سطح خورشید به عنوان منبع نور باشد، طول موج λm مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را پیدا کنید (T=6000 K). تابش نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود (ثابت وین C 1 = 2.9∙10 -3 m×K). پاسخ: 2. λm≈0.5 میکرومتر. در زیر مشخصات تشعشعات حرارتی آورده شده است. کدام یک از آنها چگالی طیفی درخشندگی انرژی نامیده می شود؟ پاسخ: 3. انرژی تابش شده در واحد زمان در واحد سطح سطح بدن در فاصله واحد طول موج بسته به طول موج (فرکانس) و دما. تعیین کنید که چند بار باید دمای ترمودینامیکی یک جسم سیاه را کاهش داد تا درخشندگی انرژی آن Re 39 برابر ضعیف شود؟ 3.T 1 / تی 2 =2.5. تعیین کنید که اگر طول موج متناظر با حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن از 720 نانومتر به 400 نانومتر تغییر کند، چگونه و چند برابر قدرت تابش یک جسم سیاه تغییر خواهد کرد. جواب: 3. 10.5. دمای بدن را تعیین کنید که در دمای محیط t = 27 0 C، 8 برابر بیشتر از انرژی جذب شده ساطع شود. پاسخ: 2.504 K. یک حفره با حجم 1 لیتر با تابش حرارتی در دمای Τ پر می شود که آنتروپی آن ς = 0.8 10-21 J/K است. Τ برابر است با چیست؟ پاسخ: 1. 2000 هزار. مساحت زیر منحنی توزیع انرژی تشعشع چقدر است؟ جواب: 3. درخشندگی انرژی.	برای افزایش درخشندگی انرژی یک جسم سیاه تا 16 برابر، لازم است دمای آن را λ برابر افزایش دهیم. λ را تعیین کنید. پاسخ: 1. 2. برای افزایش درخشندگی انرژی یک جسم کاملا سیاه تا 16 برابر، لازم است دمای آن را λ برابر کاهش دهیم. λ را تعریف کنید. جواب: 3. 1/2. آیا توانایی انتشار و جذب بدن خاکستری به موارد زیر بستگی دارد: الف) فرکانس تابش ب) دما ج) آیا نسبت قدرت انتشار جسم به قدرت جذب آن به ماهیت جسم بستگی دارد؟ جواب: 2.آ) آره؛ ب) بله؛ ج) خیر توپ سیاه شده از دمای T 1 = 300 K به T 2 = 293 K خنک می شود. طول موج λ مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن چقدر تغییر کرده است (ثابت در قانون اول وین С 1 = 2.9×10-3 mK)؟ پاسخ: 2. Δλ=0.23 μm. کدام مشخصه تابش حرارتی در SI بر حسب W/m2 اندازه گیری می شود؟ 1. درخشندگی انرژی. چه جملاتی برای اجسام کاملاً سیاه درست است؟ 1- همه اجسام کاملاً سیاه در یک دمای معین دارای توزیع یکسان انرژی تابشی بر طول موج هستند. 3 - درخشندگی تمام اجسام کاملاً سیاه با دما تغییر می کند. 5- تابش جسم سیاه با افزایش دما افزایش می یابد. پاسخ: 1. 1، 3، 5. کدام قانون در طول موج های مادون قرمز اعمال نمی شود؟ جواب: 3. قانون ریلی جین. کدام یک از شکل ها به درستی قوانین تابش حرارتی را در نظر می گیرد (T 1 > T 2)؟ پاسخ:O:3. قدرت تابش خورشید چقدر است؟ تابش خورشید نزدیک به تابش یک جسم کاملا سیاه در نظر گرفته می شود. دمای سطح خورشید T=5800K (R=6.96*108m شعاع خورشید است). پاسخ: 1. 3.9 × 1026 وات. اگر حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن روی طول موج l=484 نانومتر بیفتد، یک جسم سیاه چه مقدار انرژی دارد. (C 1 = 2.9×10 -3 m×K). جواب: 4. 73 میلی وات بر متر 2 . اگر حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن در طول موج λ=484 نانومتر بیفتد، یک جسم کاملاً سیاه چه میزان انرژی Re دارد (ثابت استفان بولتزمن σ=5.67×10 -8 W/(m2 × K4)، ثابت وین C 1 = 2.9×10 -3 m×K)؟ جواب: 3. Re=73.5 mW/m 2 . یک سطح فلزی با مساحت S=15 سانتی متر مربع که تا دمای T=3 کیلو کلوین گرم شده است، 100 کیلوژول در دقیقه ساطع می کند. انرژی ساطع شده از این سطح را با فرض سیاه بودن آن تعیین کنید. پاسخ: 3.413 کیلوژول. حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم کاملاً سیاه که دمایی برابر با دمای t=37 درجه سانتیگراد بدن انسان دارد، یعنی T=310 K، کدام طول موج λ است؟ ثابت وین c1=2.9×10 –3 m×K. پاسخ: 5.λm= 9.3 میکرومتر چه طول l حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم کاملاً سیاه را که دمایی برابر با t 0 = 37 درجه سانتیگراد بدن انسان دارد را محاسبه می کند. جواب: 3. 9.35 میکرون. شکل منحنی توزیع انرژی تشعشعی یک جسم کاملا سیاه را در دمای معین نشان می دهد. مساحت زیر منحنی توزیع چقدر است؟ جواب: 1. Re=89 mW/m 2 . شکل وابستگی (رئوس در Ox متفاوت است) چگالی طیفی مواد (1، 2) به طول موج را نشان می دهد. در مورد این مواد و دمای آنها چه می توان گفت؟ جواب: 7. مواد قابل استنباط نیست، ت 1 > تی 2. حداکثر سرعت فوتوالکترون های خارج شده از سطح فلز را در صورتی که جریان نور با اعمال ولتاژ تاخیری U 0 = 3.7 V متوقف شود، تعیین کنید. جواب: 5. 1.14 میلی متر بر ثانیه. تعیین کنید اگر دمای ترمودینامیکی یک جسم سیاه 3 برابر شود، درخشندگی انرژی چگونه تغییر می کند؟ پاسخ: 81 برابر افزایش دهید. اگر مشخص شود که حداکثر شدت طیف خورشید در ناحیه سبز λ=5×10 ‾5 سانتی متر است، دمای T خورشید را با در نظر گرفتن آن به عنوان یک جسم کاملاً سیاه تعیین کنید. جواب: 1. T=6000K. طول موج متناظر با حداکثر شدت در طیف یک جسم کاملا سیاه که دمای آن 106 کلوین است را تعیین کنید. پاسخ 1.λ حداکثر =29Å. تعیین کنید اگر طول موج متناظر با حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن از 720 نانومتر به 400 نانومتر تغییر کند، قدرت تابش یک جسم سیاه چند برابر افزایش می یابد. پاسخ: 4. 10.5. بر اساس چه قانونی نسبت انتشار rλ,T یک ماده معین به قابلیت جذب aλ,T تغییر می کند؟ جواب : 2. const. حفره با حجم 1 لیتر با تابش حرارتی در دمای 2000K پر می شود. ظرفیت گرمایی حفره C (J/K) را بیابید. جواب: 4.2.4×10 -8 .
هنگام مطالعه ستارگان A و B، نسبت جرمهای از دست رفته توسط آنها در واحد زمان تعیین شد: DmA = 2DmB، و شعاع آنها: RA = 2.5RB. حداکثر انرژی تابشی ستاره B با موج lB=0.55 میکرومتر مطابقت دارد. کدام موج با حداکثر انرژی تابشی ستاره A مطابقت دارد؟ پاسخ: 1. lA=0.73 میکرومتر. هنگامی که جسم سیاه گرم می شود، طول موج λ، که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را به خود اختصاص می دهد، از 690 به 500 نانومتر تغییر کرد. در این حالت درخشندگی انرژی بدن چند بار تغییر کرد؟ پاسخ: 4. 3.63 بار. هنگام عبور از صفحه، نور با طول موج λ به دلیل جذب N 1 برابر و نور با طول موج λ 2 توسط N 2 برابر کاهش می یابد. اگر ضریب جذب λ 1 برابر با k 1 باشد، ضریب جذب نور با طول موج λ 2 را تعیین کنید. 3. ک 2 =k 1 ×lnN 2 /lnN 1 . دمای تعادل بدن T است. مساحت سطح تابشی S، ظرفیت جذب a. توان آزاد شده در بدن با P افزایش یافته است. دمای تعادل جدید T 1 را تعیین کنید. تی 1 = sqrt^4(تی^4+ پ/ مانند× psi). با فرض اینکه تلفات حرارتی فقط به دلیل تشعشع است، تعیین کنید که چه مقدار نیرو باید به یک توپ مسی با قطر d=2 سانتی متر داده شود تا دمای آن برابر با t=17 ˚C در دمای محیط t 0 = -13 حفظ شود. ˚C. ظرفیت جذب مس را برابر با A=0.6. پاسخ: 2. 0.1 وات. با در نظر گرفتن نیکل به عنوان یک جسم سیاه، توان لازم برای حفظ دمای نیکل مذاب را در دمای 1453 0 C بدون تغییر در صورتی که مساحت سطح آن 0.5 سانتی متر مربع باشد تعیین کنید. پاسخ: 1. 25 وات. دمای سطح داخلی کوره صدا خفه کن با سوراخ باز به قطر 6 سانتی متر 0 650 درجه سانتیگراد است. با فرض اینکه سوراخ کوره به صورت یک جسم سیاه تابش می کند، مشخص کنید که در صورت برق، چه کسری از توان توسط دیواره ها تلف می شود. مصرف کوره 600 وات است. پاسخ: 1. h=0.806. درخشندگی انرژی یک جسم کاملا سیاه Re=3 × 10 4 وات بر متر مربع. طول موج λm مربوط به حداکثر تابش این جسم را تعیین کنید جواب: 1. λمتر=3.4×10 -6 متر درخشندگی انرژی یک جسم سیاه ME=3.0 W/cm2. طول موج مربوط به حداکثر گسیل این جسم را تعیین کنید (S=5.67×10 -8 W/m 2 K 4، b=2.9×10 -3 m×K). پاسخ: 1. lm=3.4 میکرومتر. درخشندگی انرژی یک جسم کاملا سیاه ME. طول موج مربوط به حداکثر گسیل این جسم را تعیین کنید. 1. لام= ب× sqrt^4(psi/ م). درخشندگی انرژی جسم کاملا سیاه Re=3×104 W/m 2 . طول موج λm مربوط به حداکثر تابش این جسم را تعیین کنید جواب: 1. λm=3.4×10 -6 متر هنگام مطالعه ستارگان A و B، نسبت جرمهای از دست رفته توسط آنها در واحد زمان تعیین شد: m A = 2m B و شعاع آنها: R A = 2.5 R B. حداکثر انرژی تابش ستاره B مربوط به موج  B = 0.55 میکرومتر است. کدام موج با حداکثر انرژی تابشی ستاره A مطابقت دارد؟ پاسخ 1. آ = 0.73 میکرومتر گرفتن خورشید (شعاع 6.95 است × 108 متر) برای یک جسم سیاه و با توجه به اینکه حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی آن مطابق با طول موج 500 نانومتر است، تعیین کنید: الف) انرژی ساطع شده از خورشید به صورت امواج الکترومغناطیسی به مدت 10 دقیقه. ب) جرمی که خورشید در این مدت در اثر تابش از دست داده است. جواب: 2. الف) 2.34 × 10 29 J; ب) 2.6×10 12 کیلوگرم. یک توپ نقره ای (ظرفیت حرارتی - 230 J/gK، چگالی - 10500 کیلوگرم بر متر مکعب) با قطر d=1 سانتی متر در ظرف تخلیه شده قرار داده شد که دمای دیواره آن نزدیک به صفر مطلق حفظ شد. دمای اولیه T 0 = 300 K است. با توجه به اینکه سطح توپ کاملاً سیاه است، دریابید که چقدر طول می کشد تا دمای آن n=2 برابر کاهش یابد. پاسخ: 4. 1.7 ساعت. دمای (T) دیواره داخلی کوره با سوراخ باز با مساحت (S \u003d 50 سانتی متر مربع) 1000 کلوین است. اگر فرض کنیم که سوراخ کوره به صورت یک جسم سیاه تابش می کند، دریابید که چقدر توان دارد. اگر توان مصرفی کوره 1.2 کیلو وات باشد، دیوارها به دلیل هدایت حرارتی آنها از دست می دهند؟ جواب: 2. 283 وات. دمای رشته تنگستن در یک لامپ 25 وات T=2450 K است. نسبت درخشندگی انرژی آن به درخشندگی انرژی یک جسم کاملا سیاه در دمای معین k=0.3 است. مساحت S سطح تابشی مارپیچ را پیدا کنید. (ثابت استفان بولتزمن σ=5.67×10 -8 W/(m2×K4)). جواب: 2.اس=4×10 -5 متر 2 . دمای ستاره "آبی" 30000 کلوین است. شدت تابش یکپارچه و طول موج مربوط به حداکثر گسیل را تعیین کنید. جواب: 4. J=4.6×1010 W/m 2 ; λ=9.6×10 -8 متر دمای T یک جسم کاملا سیاه با گرم شدن از 1000 به 3000 کلوین تغییر کرد. طول موج λ چقدر تغییر کرد که حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی را به خود اختصاص می دهد (ثابت در قانون اول وین C 1 = 2.9 × 10 -3 m × K)؟ پاسخ: 1. Δλ=1.93 μm. دمای T یک جسم کاملا سیاه با گرم شدن از 1000 به 3000 کلوین تغییر کرد. حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی rλ چند برابر افزایش یافت؟ پاسخ: 5. 243 بار. جسم سیاه از دمای Τ=500K تا حدودی Τ1 گرم شد، در حالی که درخشندگی انرژی آن 16 برابر افزایش یافت. دمای Τ 1 برابر است با چند؟ پاسخ: 3. 1000 کیلو.	جسم سیاه از دمای Τto=500K تا Τ1=700K گرم شد.طول موج مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی چگونه تغییر کرد؟ پاسخ: 1. کاهش 1.7 میکرون. توپ نقره ای (ظرفیت حرارتی - 230 J/g × K، چگالی - 10500 کیلوگرم بر متر مکعب) با قطر d=1 سانتی متر در ظرف تخلیه شده قرار داده شد که دمای دیواره های آن نزدیک به صفر مطلق حفظ می شود. دمای اولیه T 0 = 300 K است. با توجه به اینکه سطح توپ کاملاً سیاه است، دریابید که چقدر طول می کشد تا دمای آن n=2 برابر کاهش یابد. پاسخ: 5.2 ساعت. بدن خاکستری ... پاسخ: ۲. جسمی که ظرفیت جذب آن برای همه فرکانس ها یکسان است و فقط به دما، ماده و وضعیت سطح بستگی دارد. با فرض اینکه نیکل یک جسم سیاه است، توان لازم برای حفظ دمای نیکل مذاب را در دمای 1453 0 C بدون تغییر در صورتی که مساحت سطح آن 0.5 سانتی متر مربع باشد تعیین کنید. پاسخ: 1. 25.2 وات. دمای یکی از دو منبع کاملاً سیاه T 1 = 2900 K. دمای منبع دوم T 2 را بیابید اگر طول موج متناظر با ماکزیمم تابش آن Δλ=0.40 میکرومتر از طول موج متناظر با حداکثر تابش باشد. از منبع اول جواب: 1. 1219 ک. دمای سطح داخلی کوره صدا خفه کن با سوراخ باز به مساحت 30 سانتی متر مربع 1.3 کیلو کلوین است. با فرض اینکه دهانه کوره به صورت یک جسم سیاه تابش می کند، مشخص کنید که اگر توان مصرفی کوره 1.5 کیلو وات باشد، چه بخشی از توان توسط دیواره ها تلف می شود. پاسخ: 3.0.676. دمای سطح یک جسم کاملا سیاه رنگ T=2500 K و مساحت آن S=10 سانتی متر مربع است. این سطح چه توان تابشی P دارد (ثابت استفان بولتزمن σ=5.67 × 10 -8 وات / (m2 × به 4))؟ جواب: 2. P=2.22 کیلو وات. دمای T یک جسم کاملا سیاه با گرم شدن از 1000 به 3000 کلوین تغییر کرد. درخشندگی انرژی آن Re چند برابر افزایش یافت؟ پاسخ: 4. 81 بار. جسم سیاه در دمای Τ 0 = 2900 K است. هنگامی که خنک می شود، طول موج مربوط به حداکثر چگالی طیفی درخشندگی انرژی 10 میکرون تغییر می کند. دمای Τ 1 را که بدن در آن خنک شده است را تعیین کنید. پاسخ: 1.264 K. جسم سیاه از دمای Τ تا Τ1 گرم شد، در حالی که درخشندگی انرژی آن 16 برابر افزایش یافت. نسبت Τ 1 /Τ را پیدا کنید. پاسخ: 2. 2. جسم سیاه از دمای T 1 = 600 K به T 2 = 2400 K گرم شد. تعیین کنید که درخشندگی انرژی آن چند بار تغییر کرده است. جواب: 4. 256 برابر شد. با افزایش دما چه اتفاقی برای حداکثر گسیل جسم سیاه می افتد؟ پاسخ: 3. قدر افزایش می یابد، به طول موج های کوتاه تر تغییر می کند. اثر فوتوالکتریک دروازه… پاسخ: 3. شامل وقوع photo-EMF به دلیل اثر فوتوالکتریک داخلی در نزدیکی سطح تماس فلز - هادی یا نیمه هادی با اتصال p-n است. اثر فوتوالکتریک شیر... پاسخ: 1. وقوع EMF (عکس-EMF) هنگام روشن کردن تماس دو نیمه هادی مختلف یا یک نیمه هادی و یک فلز (در صورت عدم وجود میدان الکتریکی خارجی). اثر فوتوالکتریک خارجی ... پاسخ: 1. عبارت است از بیرون کشیدن الکترون ها از سطح مواد جامد و مایع تحت تأثیر نور. اثر فوتوالکتریک داخلی... پاسخ: 2. عبارت است از بیرون کشیدن الکترون ها از سطح مواد جامد و مایع تحت تأثیر نور. حداکثر انرژی جنبشی فوتوالکترون ها در هنگام روشن کردن فلزی با تابع کاری A=2 eV توسط نور با طول موج λ=6.2×10 -7 متر چقدر است؟ پاسخ: 10 ولت. راندمان یک لامپ الکتریکی 100 وات در ناحیه نور مرئی 1% η= است. تعداد فوتون های ساطع شده در یک ثانیه را تخمین بزنید. فرض کنید که طول موج ساطع شده 500 نانومتر است. جواب: 2.2.5×10 18 ph/s مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای مقداری فلز λ 0 . انرژی جنبشی فوتوالکترون ها چقدر است وقتی این فلز توسط نور با طول موج λ (λ) روشن می شود<λ 0). Постоянная Планка h, скорость света C. جواب: 3.ساعت× سی×(λ 0 - λ )/ λλ 0 . مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای برخی فلزات  max = 275 نانومتر. حداقل مقدار انرژی فوتونی که باعث اثر فوتوالکتریک می شود چقدر است؟ پاسخ: 1. 4.5 ولت. شکل مشخصه های جریان-ولتاژ دو فوتوکاتد را نشان می دهد که توسط یک منبع نور روشن می شوند. کدام فوتوکاتد بیشترین عملکرد کاری را دارد؟ پاسخ: 2>1. شکل مشخصه جریان ولتاژ فتوسل را نشان می دهد. تعداد N فوتوالکترون هایی را که از سطح کاتد خارج می شوند در واحد زمان تعیین کنید. جواب: 4.3.75×10 9 .	اثر فوتوالکتریک داخلی... پاسخ: 2. ناشی از تابش الکترومغناطیسی، انتقال الکترون ها در داخل یک نیمه هادی یا دی الکتریک از حالت های محدود به حالت های آزاد بدون فرار به خارج. در کدام اثر فوتوالکتریک غلظت حامل های جریان آزاد تحت اثر نور فرودی افزایش می یابد؟ جواب: 2. داخلی. در آزمایش استولتوف، یک صفحه روی منفی باردار با نور یک قوس ولتی تابش شد. یک صفحه روی در صورت تابش نور تک رنگ با طول موج  = 324 نانومتر تا چه حد پتانسیل شارژ می شود، اگر تابع کار الکترون های سطح روی Aout = 3.74 eV باشد؟ جواب: 2.1.71 ب. الکترونهایی که در طول اثر فوتوالکتریک توسط نور کوبیده می شوند، زمانی که فوتوکاتد با نور مرئی تابش می شود، به طور کامل توسط ولتاژ معکوس U=1.2 V به تأخیر می افتد. طول موج نور فرودی λ=400 نانومتر است. مرز قرمز اثر فوتوالکتریک را تعیین کنید. 4. 652 نانومتر. عبارات صحیح را انتخاب کنید: 1. اگر فرکانس تابش نور به فلز کمتر از فرکانس معین ν gr باشد، الکترون ها از فلز فرار می کنند. 2. اگر فرکانس تابش نور به فلز از فرکانس معین ν gr بیشتر باشد، الکترون ها از فلز فرار می کنند. 3. اگر طول موج نور تابیده شده به فلز از یک طول موج معین λ gr بیشتر باشد، از فلز فرار می کنند. 4. λ gr - طول موج، که برای هر فلز ثابت است. 5. ν gr - فرکانس برای هر ماده متفاوت است: 6. اگر طول موج نور تابیده شده به فلز کمتر از یک طول موج معین λ gr باشد، الکترون ها از فلز خارج می شوند. پاسخ: ب) 2، 5. ولتاژ کندگیر برای یک صفحه پلاتین (تابع کار 6.3 eV) 3.7 ولت است. در شرایط مشابه برای صفحه دیگر، ولتاژ کندگیر 5.3 ولت است. تابع کار الکترون ها را از این صفحه تعیین کنید. پاسخ: 1. 4.7 eV. مشخص است که طول موج تابش نور به فلز را می توان با فرمول تعیین کرد. معنی فیزیکی ضرایب a,b,c را مشخص کنید. پاسخ: 4.آثابت پلانک است،بتابع کار است،جسرعت نور در خلاء است. اگر تعداد فوتون هایی که در واحد زمان روی فوتوکاتد می افتند به نصف کاهش یابد و طول موج 2 برابر افزایش یابد، وابستگی جریان نوری به ولتاژ بین فوتوکاتد و شبکه چگونه تغییر می کند. با نمودار مقایسه کنید پاسخ 1. پتاسیم با نور تک رنگ با طول موج 400 نانومتر روشن می شود. کوچکترین ولتاژ تاخیری را که در آن جریان نوری متوقف می شود، تعیین کنید. تابع کار الکترون های پتاسیم 2.2 eV است. پاسخ: 3.0.91 V. حداکثر انرژی جنبشی فوتوالکترونها وقتی فلزی با تابع کاری A=2 eV توسط نور با طول موج λ=550 نانومتر روشن می شود چقدر است؟ پاسخ: 1. 0.4 eV. مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای فلز () 577 نانومتر است. حداقل مقدار انرژی فوتون (Emin) که باعث اثر فوتوالکتریک می شود را بیابید پاسخ: 1. 2.15 ولت. مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای فلز () 550 نانومتر است. حداقل مقدار انرژی فوتون (Emin) که باعث اثر فوتوالکتریک می شود را بیابید. پاسخ: 1. 2.24 ولت. حداکثر سرعت اولیه (حداکثر انرژی جنبشی اولیه) فوتوالکترون ها ... پاسخ: 2. به شدت نور فرودی بستگی ندارد. فاصله S بین فوتوکاتد و آند وجود دارد و چنان اختلاف پتانسیل اعمال می‌شود که سریع‌ترین فوتوالکترون‌ها فقط می‌توانند نصف S را طی کنند. اگر فاصله بین الکترون‌ها برای همان اختلاف پتانسیل نصف شود، چه مسافتی را طی خواهند کرد؟ پاسخ:اس/4. بزرگترین طول موج نور که در آن اثر فوتوالکتریک برای تنگستن رخ می دهد 275 نانومتر است. حداکثر سرعت الکترون های پرتاب شده از تنگستن توسط نور با طول موج 250 نانومتر را بیابید. پاسخ: 2. 4 × 10 5 . پتانسیلی را پیدا کنید که یک توپ فلزی منفرد با تابع کاری A = 4 eV در هنگام تابش نور با طول موج λ = 3 × 10 -7 متر به آن شارژ می شود. پاسخ: 1. 0.14 V. پیدا کنید که یک توپ فلزی منفرد با تابع کاری A=4 eV وقتی با نور با طول موج λ=3×10-7 تابش می‌شود، با چه پتانسیل شارژ می‌شود. جواب: 2.8.5×10 15 . طول موج تابشی را پیدا کنید که جرم فوتون آن برابر با جرم سکون الکترون است. پاسخ: 3.2.43 بعد از ظهر ولتاژی را که در آن لوله اشعه ایکس به گونه ای کار می کند که حداقل موج تابش برابر با 0.5 نانومتر باشد را پیدا کنید. جواب: 2. 24.8 کیلو ولت. فرکانس ν نوری که الکترون‌ها را از فلز بیرون می‌کشد را پیدا کنید، که کاملاً با اختلاف پتانسیل Δφ=3 V به تأخیر می‌افتد. فرکانس قطع اثر فوتوالکتریک ν 0 =6×10 14 هرتز است. پاسخ: 1. ν \u003d 13.2 × 10 14 هرتز نور تک رنگ (λ=0.413 میکرومتر) روی یک صفحه فلزی می افتد. هنگامی که اختلاف پتانسیل میدان الکتریکی کندکننده به U=1 V رسید، جریان فوتوالکترون‌هایی که از سطح فلز فرار می‌کنند کاملاً متوقف می‌شود. تابع کار را تعیین کنید. جواب: 2.آ=3.2×10 -19 جی. در هر ثانیه 10 19 فوتون نور تک رنگ با توان 5 وات روی سطح فلز می افتند. برای متوقف کردن انتشار الکترون ها، باید اختلاف پتانسیل تاخیری 2 ولت را اعمال کنید. تابع کار الکترون ها (بر حسب eV) را تعیین کنید. جواب: 1.1.125.
در هر ثانیه 1019 فوتون نور تک رنگ با توان 6.7 وات روی سطح فلز می افتند. برای متوقف کردن انتشار الکترون ها، باید یک اختلاف پتانسیل محدود کننده 1.7 V اعمال کنید. تعیین کنید: الف) تابع کار الکترونها ب) حداکثر سرعت فوتوالکترون ها. پاسخ: 1. الف) 2.5 eV; ب) 7.7×10 5 ام‌اس. نور تک رنگ با طول موج λ=310 نانومتر روی سطح لیتیوم می افتد. برای متوقف کردن جریان نوری، لازم است یک اختلاف پتانسیل تاخیری Uz حداقل 1.7 V اعمال شود. تابع کار الکترون ها از لیتیوم را تعیین کنید. پاسخ: 2. 2.31 eV. شکل 1 مشخصه های جریان-ولتاژ یک فتوسل را هنگامی که با نور تک رنگ از دو منبع با فرکانس V1 (منحنی 1) و V2 (منحنی 2) روشن می شود، نشان می دهد. بزرگی شارهای نور را مقایسه کنید، با این فرض که احتمال کوبیدن الکترون ها به فرکانس بستگی ندارد. جواب: 2. ف 1 <Ф 2 . شکل 1 مشخصه های جریان-ولتاژ یک فتوسل را هنگامی که با نور تک رنگ از دو منبع با فرکانس V1 (منحنی 1) و V2 (منحنی 2) روشن می شود، نشان می دهد. فرکانس های V 1 و V 2 را مقایسه کنید. گزینه ها: پاسخ 1.V 1 > V 2 . شکل مشخصه های جریان ولتاژ فتوسل را نشان می دهد. کدام اظهارات درست است؟ ν فرکانس نور فرودی، Ф شدت است. جواب: 1. v 1 >ν 2 ، اف 1 = اف 2 . شکل وابستگی اختلاف پتانسیل کندگیر Uz به فرکانس نور فرودی ν را برای برخی مواد نشان می دهد (1، 2). عملکرد کار A out برای این مواد چگونه مقایسه می شود؟ جواب: 2. الف 2 > A 1 . شکل مشخصه های جریان-ولتاژ یک فتوسل را هنگامی که با نور تک رنگ از دو منبع با فرکانس v و v 2 روشن می شود، نشان می دهد. فرکانس های v  و v 2 را با هم مقایسه کنید. جواب: 2.v  > v 2 . شکل مشخصه جریان-ولتاژ اثر فوتوالکتریک را نشان می دهد. تعیین کنید که کدام منحنی با نور زیاد (Ee) کاتد در همان فرکانس نور مطابقت دارد. پاسخ: 1. منحنی 1. شکل مشخصه جریان-ولتاژ اثر فوتوالکتریک را نشان می دهد. تعیین کنید که کدام منحنی با فرکانس بالاتر نور، با روشنایی یکسان کاتد مطابقت دارد. پاسخ: 3. فرکانس ها برابر هستند. شکل مشخصه های جریان-ولتاژ یک فتوسل را هنگامی که با نور تک رنگ از دو منبع با فرکانس v و v 2 روشن می شود، نشان می دهد. جواب: 2.v  > v 2. تابع کار یک الکترون از سطح یک فلز A1=1 eV و از دیگری A2=2 eV. اگر انرژی فوتون تابش تابیده شده به آنها 4.8×10 -19 J باشد، اثر فوتوالکتریک در این فلزات مشاهده خواهد شد؟ پاسخ: 3. برای هر دو فلز خواهد بود. تابع کار یک الکترون از سطح یک فلز A1=1 eV و از دیگری A2=2 eV. اگر انرژی فوتون تابش تابشی بر روی آنها 2.8×10 -19 J باشد، اثر فوتوالکتریک در این فلزات مشاهده خواهد شد؟ پاسخ: 1. فقط برای فلز با عملکرد کار A1. تابع کار یک الکترون از سطح سزیم A out \u003d 1.89 eV است. اگر فلز با نور زرد با طول موج =589 نانومتر روشن شود، الکترون‌ها با چه حداکثر سرعتی از سزیم خارج می‌شوند؟ جواب: 4. ν=2.72×10 5 ام‌اس. تابع کار یک الکترون از سطح یک فلز A1=1 eV و از دیگری A2=2 eV. اگر انرژی فوتون تابیده شده به آنها 4.8×10 -19 J باشد، آیا اثر فوتوالکتریک در این فلزات مشاهده خواهد شد؟ جواب: 4. خیر، برای هر دو فلز. بعد در سیستم SI عبارت h×k، که h ثابت پلانک است، k عدد موج است: جواب: 5. kg×m/s. یک لوله اشعه ایکس که تحت ولتاژ U=50 کیلو ولت کار می کند و جریان I را مصرف می کند، فوتون هایی با طول موج متوسط ​​λ در یک زمان tN ساطع می کند. بازده η را تعیین کنید. پاسخ:Nhc/ IUtλ. اگر چشم نوری با طول موج 1 میکرون را با توان شار نور 4 × 10 -17 وات درک کند، برای 1 sv چشم انسان چند فوتون می افتد؟ جواب: 1.201. تابش E=107J با طول موج =1μm چند فوتون دارد؟ پاسخ: 5.04×10 11 . شکل 1 مشخصه های جریان ولتاژ یک فتوسل را نشان می دهد که با نور تک رنگ از دو منبع با فرکانس n 1 (منحنی 1) و n 2 (منحنی 2) روشن می شود. فرکانس های n 1 و n 2 را مقایسه کنید. پاسخ: 1.n 1 > n 2 . تابع کار را تعیین کنید. جواب: 2. A=3.2×10 -19 جی. اگر مرز قرمز اثر فوتوالکتریک lр=500 نانومتر (h=6.62×10 -34 J×s، s=3×108m/s) باشد، تابع کار A الکترون‌های سدیم را تعیین کنید. پاسخ: 1. 2.49 ولت. حداکثر سرعت V max فوتوالکترون هایی که از سطح نقره می گریزند توسط تابش فرابنفش با طول موج l=0.155 میکرومتر را تعیین کنید. در تابع کار برای نقره A=4.7 eV. پاسخ: 1.1.08 میلی متر بر ثانیه. طول موج "حاشیه قرمز" اثر فوتوالکتریک را برای آلومینیوم تعیین کنید. تابع Work And vy =3.74 Ev. جواب: 2.3.32×10 -7 . حد قرمز Lam اثر فوتوالکتریک را برای سزیم تعیین کنید، اگر وقتی سطح آن با نور بنفش موج بلند λ=400 نانومتر تابیده شود، حداکثر سرعت فوتوالکترون ها 0.65 im/s (h=6.626×10 -34 J×) باشد. s). پاسخ: 640 نانومتر	اگر تابع کار 4.74 eV باشد، "حاشیه قرمز" اثر فوتوالکتریک را برای نقره تعیین کنید. جواب: 2.λ 0 =2.64×10 -7 متر حداکثر سرعت فوتوالکترون ها را در صورتی که جریان نوری با اختلاف پتانسیل تاخیری 1 ولت تبدیل شود (بار الکترون 1.6×10-19 درجه سانتی گراد، جرم الکترون 9.1×10-31 کیلوگرم) تعیین کنید. پاسخ: 1.0.6×10 6 ام‌اس. ترتیب وابستگی را تعیین کنید الف) جریان اشباع ب) تعداد فوتوالکترون هایی که از کاتد خارج می شوند در واحد زمان با اثر فوتوالکتریک ناشی از روشنایی انرژی کاتد. جواب: 3. الف) 1; ب) 1. فتوکاتد توسط منابع نور تک رنگ مختلف روشن می شود. وابستگی جریان نوری به ولتاژ بین کاتد و آند با یک منبع نور با منحنی 1 و با منبع دیگر با منحنی 2 نمایش داده می شود (شکل 1). منابع نور چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟ پاسخ: 2. منبع نور اول فرکانس تابش بیشتری نسبت به دومی دارد. فوتون های با انرژی E=5 eV فوتوالکترون ها را از فلز با تابع کاری A=4.7 eV بیرون می کشند. حداکثر تکانه انتقال یافته به سطح این فلز هنگام گسیل یک الکترون را تعیین کنید. جواب: 4.2.96×10 -25 kg×m/s فوتوالکترون های خارج شده از سطح فلز با اعمال ولتاژ معکوس U=3 ولت کاملا متوقف می شوند.اثر فوتوالکتریک برای این فلز در فرکانس نور تک رنگ فرودی ν=6 شروع می شود. × 10 14 s -1. تابع کار الکترون های این فلز را تعیین کنید. پاسخ: 2. 2.48 ولت. فوتوالکترون های خارج شده از سطح فلز در Uo=3 V کاملا متوقف می شوند. اثر فوتوالکتریک برای این فلز در فرکانس n 0 = 6×10 14 s -1 شروع می شود. فرکانس نور فرودی را تعیین کنید. جواب: 1. 1.32×10 15 با -1 . الف) a=h/A خارج؛ c=m/2h. ب) a=h/A out; c=2h/m. ج) a=A out /h; c=2h/m. د) پاسخ صحیحی وجود ندارد. پاسخ: د) پاسخ صحیحی وجود ندارد. الف) a=h/A خارج؛ c=m/2h. ب) a=h/A out; c=2h/m. ج) a=A out /h; c=m/2h. د) a=A out /h; c=2h/m. پاسخ: ج)آ= آ خروج / ساعت; ج= متر/2 ساعت. اگر میانگین طول موج نور خورشید  cf \u003d 550 نانومتر، ثابت خورشیدی  \u003d 2 کالری / (cm 2 دقیقه) باشد، در هر 1 سانتی‌متر مربع از سطح زمین، عمود بر پرتوهای خورشید، تعداد فوتون‌هایی که در 1 دقیقه می‌افتند، تعیین کنید. . جواب: 3.n=2.3×10 19 . سرعت فوتوالکترون های بیرون کشیده شده از سطح نقره توسط پرتوهای فرابنفش (λ=0.15 میکرومتر، m e = 9.1×10 -31 کیلوگرم) را تعیین کنید. جواب: 3.1.1×10 6 ام‌اس. "حاشیه قرمز" n 0 اثر فوتوالکتریک به چه مقادیری بستگی دارد؟ جواب: 1. از ماهیت شیمیایی ماده و حالت سطح آن. صفحه سزیمی با نوری با طول موج =730 نانومتر روشن می شود. حداکثر سرعت فرار الکترون v=2.5×10 5 m/s است. یک پلاریزه در مسیر پرتو نور نصب شده بود. درجه پلاریزاسیون P=0.16. اگر تابع کار برای سزیم A out = 1.89 eV باشد، حداکثر سرعت فرار الکترون چقدر خواهد بود؟ جواب: 4.v 1 =2.5×10 5 ام‌اس. ثابت پلانک h یک بعد دارد. جواب: 5. J×s. به طور کلی پذیرفته شده است که در فتوسنتز حدود 9 فوتون برای تبدیل یک مولکول دی اکسید کربن به هیدروکربن و اکسیژن لازم است. فرض کنید که طول موج تابش بر روی نیروگاه 670 نانومتر است. بازده فتوسنتز چقدر است؟ در نظر بگیرید که 29٪ برای واکنش شیمیایی معکوس لازم است. 2. 29%. هنگامی که یک فلز با فلز دیگر جایگزین می شود، طول موج مربوط به "حاشیه قرمز" کاهش می یابد. در مورد عملکرد کاری این دو فلز چه می توان گفت؟ پاسخ: 2. فلز دوم بیشتر است. به طور کلی پذیرفته شده است که در فتوسنتز حدود 9 فوتون برای تبدیل یک مولکول دی اکسید کربن به هیدروکربن و اکسیژن لازم است. فرض کنید طول موج نوری که روی یک گیاه می افتد 670 نانومتر است. بازده فتوسنتز چقدر است؟ در نظر بگیرید که 4.9 eV در طی واکنش شیمیایی معکوس آزاد می شود. پاسخ: 2. 29 درصد. طول موج لبه قرمز اثر فوتوالکتریک برای روی چقدر است؟ تابع کار برای روی A=3.74 eV (ثابت پلانک h=6.6 × 10 -34 J × با؛ بار الکترون e=1.6 × 10-19 درجه سانتیگراد). 3.3.3x10 -7 متر حداکثر سرعت الکترونی که توسط نور با طول موج 550 نانومتر از سطح سدیم خارج می شود (تابع کار - 2.28 eV) چقدر است؟ پاسخ: 5. پاسخ صحیحی وجود ندارد. حداکثر سرعت الکترونی که توسط نور با طول موج 480 نانومتر از سطح سدیم خارج می شود (تابع کار - 2.28 eV) چقدر است؟ پاسخ: 3. 3 × 105 متر بر ثانیه. الکترونی که توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرد، سرعتی به دست می آورد که جرم آن برابر با دو برابر جرم سکون می شود. اختلاف پتانسیل عبور شده توسط الکترون را بیابید. جواب: 5. 0.51 میلی ولت. انرژی یک فوتون نور تک رنگ با طول موج λ برابر است با: پاسخ 1.hc/λ.	آیا عبارات زیر درست است: الف) پراکندگی زمانی اتفاق می‌افتد که یک فوتون با یک الکترون آزاد برهمکنش می‌کند، و اثر فوتوالکتریک هنگام برهمکنش با الکترون‌های مقید اتفاق می‌افتد. ب) جذب یک فوتون توسط یک الکترون آزاد غیرممکن است، زیرا این فرآیند با قوانین بقای تکانه و انرژی در تضاد است. 3. الف) بله ب) بله در چه موردی اثر کامپتون معکوس مشاهده می شود که با کاهش طول موج در نتیجه پراکندگی نور بر روی یک ماده همراه است؟ 2. در برهم کنش یک فوتون با الکترون های نسبیتی در نتیجه اثر کامپتون، برخورد فوتون با الکترون از طریق زاویه q = 900 پراکنده شد. انرژی e' فوتون پراکنده 0.4 مگا ولت است. انرژی فوتون (e) را قبل از پراکندگی تعیین کنید. 1.1.85 مگا ولت در نتیجه پراکندگی کامپتون، در یک مورد، فوتون با زاویه ای نسبت به جهت اصلی فوتون فرودی پرواز کرد و در حالت دیگر، در یک زاویه. در چه صورت طول موج تابش پس از پراکندگی طولانی تر است و در چه صورت الکترون شرکت کننده در برهمکنش انرژی بیشتری دریافت کرد؟ 4. 2 , 2 در نتیجه اثر کامپتون، فوتونی که با یک الکترون برخورد می‌کند از طریق زاویه 90 0 پراکنده شد. انرژی فوتون پراکنده E’=6.4*10^-14 J. انرژی فوتون E را قبل از پراکندگی تعیین کنید. (s=3*10^8m/s, me=9.1*10^-31kg). 2. 1.8*10^-18J تفاوت بین ماهیت برهمکنش یک فوتون و یک الکترون در اثر فوتوالکتریک (PE) و اثر کامپتون (EC) چیست؟ 2. PE: یک فوتون با یک الکترون مقید تعامل می کند و EC جذب می شود: یک فوتون با یک الکترون آزاد تعامل می کند و پراکنده می شود. اثر کامپتون برای چه طول موج هایی قابل توجه است؟ 1. امواج اشعه ایکس اثر کامپتون برای چه طول موج هایی قابل توجه است؟ اثر کامپتون برای طیف امواج اشعه ایکس ~ 10 قابل توجه است -12 متر 1 - شدید برای مواد با وزن اتمی کم. 4- ضعیف برای مواد با وزن اتمی زیاد. 2) 1,4 کدام یک از نظم های زیر در معرض پراکندگی کامپتون است؟ 1- در زوایای پراکندگی یکسان، تغییر طول موج برای همه مواد پراکنده یکسان است. 4. تغییر در طول موج در حین پراکندگی با افزایش زاویه پراکندگی افزایش می یابد 2) 1,4 طول موج تابش پرتو ایکس چقدر بود، اگر در پراکندگی کامپتون این تابش توسط گرافیت در زاویه 60 درجه، طول موج تابش پراکنده برابر با 2.54∙10-11 متر بود. 4. 2.48∙10-11 متر طول موج l0 تابش اشعه ایکس چقدر بود، اگر در حین پراکندگی کامپتون این تابش توسط گرافیت در زاویه j = 600، طول موج تابش پراکنده برابر با l = 25.4 pm بود. 4. l0= 24.2*10-12m کدام یک از عبارات زیر فرمول تجربی به دست آمده توسط کامپتون است (q زاویه پراکندگی است)؟ 1.∆l= 2ساعت*(sinQ/2)^2/ متر* ج طول موج پرتوهای ایکس چقدر بود، اگر وقتی این تابش توسط ماده ای با زاویه 60 درجه پراکنده می شود، طول موج پرتوهای ایکس پراکنده λ1 = 4 * 10-11 متر است. 4.λ=2.76*10-11m یک فوتون باید چه انرژی داشته باشد تا جرم آن با جرم بقیه الکترون برابر باشد؟ 4.8.19*10-14 J یک الکترون کامپتون با زاویه 30 درجه پرتاب شد. تغییر طول موج یک فوتون با انرژی 0.2 مگا الکترون ولت، زمانی که توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده می شود را پیدا کنید. ساعت 4.3.0 بعد از ظهر کامپتون دریافت که تفاوت نوری بین طول موج تابش پراکنده و تابشی به موارد زیر بستگی دارد: 3. زاویه پراکندگی طول موج کامپتون (زمانی که فوتون به الکترون پراکنده می شود) برابر است با: 1. ساعت/ متر* ج آیا الکترون آزاد می تواند فوتون را جذب کند؟ 2. خیر اگر فوتونی با طول موج λ=4pm با زاویه 90 0 توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده شود، انرژی جنبشی یک الکترون پس‌زن را بیابید. 5) 3.1*10 5 eV. تغییر فرکانس فوتون پراکنده شده توسط الکترون در حالت سکون را بیابید. h- نوار ثابت; m 0 - جرم استراحت یک الکترون؛ c سرعت نور است. ν فرکانس فوتون است. ν′ بسامد فوتون پراکنده است. φ - زاویه پراکندگی؛ 2) ∆ν= ساعت * ν * ν '*(1- cosφ ) / ( متر 0 * ج 2 ); شکل 3 نمودار برداری پراکندگی کامپتون را نشان می دهد. کدام یک از بردارها نشان دهنده تکانه فوتون پراکنده است؟ 1) 1 شکل 3 نمودار برداری پراکندگی کامپتون را نشان می دهد. کدام یک از بردارها نشان دهنده تکانه الکترون پس زدن است؟ 2) 2 2. 2.5*10^8m/s
شکل وابستگی شدت تابش اولیه و ثانویه را به طول موج نور در زمانی که نور بر روی برخی از مواد پراکنده می شود نشان می دهد. در مورد وزن اتمی (A 1 و A 2) این مواد (1،2) چه می توان گفت؟ λ طول موج تابش اولیه است، λ / طول موج تابش ثانویه است. 1) الف 1 < آ 2 حداکثر تغییر طول موج را زمانی که نور توسط پروتون ها پراکنده می شود، تعیین کنید. 2) ∆λ=2.64*10 -5 Ǻ; روی چه ذراتی می توان اثر کامپتون را مشاهده کرد؟ 1 - الکترون های آزاد 2 - پروتون 3 - اتم های سنگین 4 - نوترون 5 - یون های فلزی مثبت 3) 1, 2, 3 یک شار نوری تک رنگ جهت‌دار Ф با زاویه a=30 درجه روی صفحه‌های کاملاً سیاه (A) و آینه (B) می‌افتد (شکل 4) اگر صفحات A و B هستند به ترتیب فشار نور pa و pv را مقایسه کنید درست شد 3.pa شکل 2 نمودار برداری از پراکندگی کامپتون را نشان می دهد. زاویه پراکندگی φ=π/2. کدام یک از بردارها با تکانه فوتون پراکنده مطابقت دارد؟ 3. φ=180 O شکل 2 نمودار برداری از پراکندگی کامپتون را نشان می دهد. در چه زاویه ای از پراکندگی فوتون ها تغییر طول موج آنها Δλ حداکثر است؟ 3 . φ=180 O حداکثر سرعت الکترون های ساطع شده از فلز تحت اثر تابش γ با طول موج 0.030A λ را تعیین کنید. 2. 2.5*10^8m/s طول موج λ تابش اشعه ایکس را تعیین کنید اگر با پراکندگی کامپتون این تابش در زاویه Θ \u003d 60 درجه، طول موج تابش پراکنده λ 1 57 بعد از ظهر بود. 5) λ = 55.8 * 10 -11 متر کشف اثر کامپتون ثابت کرد که ... ب) فوتون می تواند هم به صورت ذره و هم به صورت موج رفتار کند ه) هنگامی که یک الکترون و یک فوتون برهم کنش می کنند، انرژی فوتون کاهش می یابد2) ب، ه پرتوهای نوری پراکنده شده توسط ذرات ماده از یک عدسی همگرا عبور کرده و یک الگوی تداخلی ایجاد کردند. چی میگه؟ 5. انرژی اتصال الکترون ها در اتم های ماده از انرژی فوتون بیشتر است اشعه ایکس (λ = 5 بعد از ظهر) توسط موم پراکنده می شود. طول λ 1 موج پرتو ایکس را که با زاویه 145 درجه پراکنده شده است، پیدا کنید (Λ طول موج کامپتون است). 3) λ 1 = 4,65 * 10 -11 متر پرتوهای ایکس با طول موج 0.2Ǻ (2.0 * 10 -11 متر) پراکندگی کامپتون را در زاویه 90 درجه تجربه می کنند. انرژی جنبشی الکترون پس زدن را پیدا کنید. 2)6,6*10 3 eV; اشعه ایکس با طول موج  0 = 70.8 pm پراکندگی کامپتون را روی پارافین تجربه می کند. طول موج λ پرتوهای ایکس پراکنده در جهت =/2( c =2.22pm) را پیدا کنید.64.4pm 4. 73.22 بعد از ظهر پرتوهای ایکس با طول موج λ 0 = 7.08 * 10 -11 متر پراکندگی کامپتون روی پارافین را تجربه می کنند. طول موج پرتوهای ایکس را که با زاویه 180 درجه پراکنده شده اند، پیدا کنید. 3)7,57*10 -11 متر اشعه ایکس با طول موج l0=70.8pm پراکندگی کامپتون را روی پارافین تجربه می کند. طول موج l پرتوهای ایکس پراکنده در جهت j=p/2 (mel=9.1*10-31kg) را بیابید. 3.73.22 * 10-12m اشعه ایکس با طول موج l0=70.8pm پراکندگی کامپتون را روی پارافین تجربه می کند. طول موج l پرتوهای ایکس پراکنده در جهت j=p(mel=9.1*10-31kg) را پیدا کنید. 2.75.6 * 10-12 متر تابش اشعه ایکس با طول موج l=55.8 pm توسط یک کاشی گرافیتی (اثر کامپتون) پراکنده می شود. طول موج l' نور پراکنده در زاویه q = 600 نسبت به جهت پرتو نور فرودی را تعیین کنید. 1. 57 بعد از ظهر یک فوتون با انرژی 1.00 مگا ولت توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده شد. اگر فرکانس فوتون پراکنده شده با ضریب 1.25 تغییر کرده باشد، انرژی جنبشی الکترون پس زدن را بیابید. 2) 0.2 مگا ولت انرژی فوتون فرودی hυ=0.1 مگا الکترون ولت، حداکثر انرژی جنبشی الکترون پس زدگی 83 KeV است. طول موج اولیه را تعیین کنید. 3) λ=10 -12 متر یک فوتون با انرژی e=0.12 مگا الکترون ولت توسط یک الکترون آزاد در ابتدا در حالت استراحت پراکنده شد.مطمئن است که طول موج فوتون پراکنده 10 درصد تغییر کرده است. انرژی جنبشی الکترون پس زدگی (T) را تعیین کنید. 1. 20 کو یک فوتون با انرژی e = 0.75 MeV توسط یک الکترون آزاد در زاویه q = 600 پراکنده شد. با فرض اینکه انرژی جنبشی و تکانه الکترون قبل از برخورد با فوتون ناچیز باشد، انرژی e فوتون پراکنده را تعیین کنید. 1. 0.43 مگا ولت یک فوتون با انرژی E=1.025 مگا الکترون ولت توسط یک الکترون آزاد اولیه در حالت استراحت پراکنده شد. اگر طول موج فوتون پراکنده برابر با طول موج کامپتون λc=2.43 pm باشد، زاویه پراکندگی فوتون را تعیین کنید. 3. 60 ˚ یک فوتون با انرژی j=1.025 MeV توسط یک الکترون آزاد در حالت استراحت پراکنده شد. طول موج فوتون پراکنده برابر با طول موج کامپتون lK=2.43 pm بود. زاویه پراکندگی q را پیدا کنید. 5. 600 یک فوتون با انرژی j=0.25 MeV توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده شد. اگر طول موج فوتون پراکنده 20 درصد تغییر کرده باشد، انرژی جنبشی الکترون پس را تعیین کنید. 1. = 41.7 کو	یک پرتو باریک از تابش پرتو ایکس تک رنگ به یک ماده پراکنده برخورد می کند. طول موج تابش پراکنده در زوایای q1=600 و q2=1200 1.5 برابر متفاوت است. اگر پراکندگی روی الکترون های آزاد رخ دهد، طول موج تابش فرودی را تعیین کنید. 3. 3.64 بعد از ظهر یک پرتو باریک از تابش پرتو ایکس تک رنگ به یک ماده پراکنده برخورد می کند. به نظر می رسد که طول موج تابش پراکنده شده در زوایای θ1=60˚ و θ2=120˚ 1.5 برابر متفاوت است. با فرض اینکه پراکندگی روی الکترون های آزاد اتفاق می افتد، طول موج تابش فرودی را تعیین کنید. ساعت 3.3.64 بعد از ظهر فوتون با زاویه 120˚ θ= توسط یک الکترون آزاد در حالت استراحت اولیه پراکنده شد. اگر انرژی فوتون پراکنده 0.144 مگا ولت باشد، انرژی فوتون را تعیین کنید. 2) hν = 250 کو. 2) دبلیو= hc به /  ( +  به ) یک فوتون با طول موج  پراکندگی عمود بر کامپتون توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون را تجربه کرد. طول موج کامپتون  K. انرژی الکترون پس زدگی را بیابید. 4) پ= ساعت* sqrt((1/  )2+(1/( +  به ))2) یک فوتون با طول موج λ=6 pm در زوایای قائمه توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده شد. طول موج فوتون پراکنده را پیدا کنید. 2) ساعت 8.4 بعد از ظهر یک فوتون با طول موج λ = 5 بعد از ظهر پراکندگی کامپتون را با زاویه υ = 90 0 روی یک الکترون آزاد در ابتدا تجربه کرد. تغییر طول موج در هنگام پراکندگی را تعیین کنید. 1) ساعت 2:43 بعد از ظهر یک فوتون با طول موج λ = 5 بعد از ظهر، پراکندگی کامپتون را در زاویه Θ = 60 درجه تجربه کرد. تغییر طول موج در هنگام پراکندگی را تعیین کنید (Λ طول موج کامپتون است). 2) Δλ=Λ/2 یک فوتون با طول موج λ = 5 بعد از ظهر پراکندگی کامپتون را با زاویه υ = 90 0 روی یک الکترون آزاد در ابتدا تجربه کرد. انرژی الکترون پس زدگی را تعیین کنید. 3) 81 کو یک فوتون با طول موج λ = 5 بعد از ظهر پراکندگی کامپتون را با زاویه υ = 90 0 روی یک الکترون آزاد در ابتدا تجربه کرد. تکانه الکترون پس زدگی را تعیین کنید. 4) 1,6 *10 -22 kg*m/s یک فوتون که برخورد با یک الکترون آزاد را تجربه کرده بود، با زاویه 180 درجه پراکنده شد. انحراف کامپتون طول موج فوتون پراکنده (بر حسب pm) را پیدا کنید: 3. 4.852 یک فوتون با طول موج 100 pm با زاویه 180 درجه توسط یک الکترون آزاد پراکنده می شود. انرژی جنبشی پس زدن (بر حسب eV) را بیابید: 4. 580 فوتونی با طول موج 8 بعد از ظهر که از یک الکترون آزاد در حالت سکون در زاویه قائمه پراکنده شده است. انرژی جنبشی پس زدگی (بر حسب کو): 2. 155 یک فوتون با طول موج λ = 5 بعد از ظهر پراکندگی کامپتون را در زاویه Θ = 60 درجه تجربه کرد تغییر طول موج را در حین پراکندگی تعیین کنید. Λ - طول موج کامپتون 2. Δλ = ½*Λ یک فوتون با تکانه p=1.02 مگا الکترون ولت در ثانیه، c سرعت نور است، در یک زاویه 120 درجه توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده شده است. چگونه تکانه فوتون در نتیجه پراکندگی تغییر می کند؟ 4. کاهش 0.765 MeV/s یک فوتون با انرژی hν = 250 keV در زاویه θ = 120 درجه توسط یک الکترون آزاد اولیه در حالت استراحت پراکنده شد. انرژی فوتون پراکنده را تعیین کنید. 3) 0.144 مگا ولت یک فوتون با انرژی =1.025 MeV توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده شد. طول موج فوتون پراکنده برابر با طول موج کامپتون  K = 2.43 pm است. زاویه پراکندگی  را پیدا کنید. 5) 60 0 یک فوتون با انرژی =0.25 MeV توسط یک الکترون آزاد در حالت سکون پراکنده می شود. اگر طول موج فوتون پراکنده شده 20 درصد تغییر کرده باشد، انرژی جنبشی الکترون پس زدگی T e را تعیین کنید. 1) تی ه = 41.7 کو یک فوتون با انرژی Е=6.4*10 -34 J با زاویه =90 0 روی یک الکترون آزاد پراکنده شده است. انرژی E' فوتون پراکنده و انرژی سینماتیکی T الکترون پس زدن را تعیین کنید. 5- پاسخ صحیحی وجود ندارد یک فوتون با انرژی E=4*10 -14 J توسط یک الکترون آزاد پراکنده شد. انرژی E=3.2*10 -14 J. زاویه پراکندگی  را تعیین کنید. (h=6.626*10 -34 J*s،  s=2.426 pm، s=3*10 8 m/s). 4. 3,2* 10 -14 اثر کامپتون نامیده می شود ... 1. پراکندگی الاستیک تابش الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه بر روی الکترون های آزاد یک ماده، همراه با افزایش طول موج

قطبی شدن

1) چرخش مغناطیسی صفحه قطبش با فرمول زیر تعیین می شود. 4

2) ضخامت صفحه کوارتز را که زاویه چرخش صفحه قطبش 180 است را تعیین کنید. چرخش خاص در کوارتز برای طول موج معین 0.52 راد بر میلی متر است. 3

3) نور پلاریزه صفحه، که طول موج آن در خلاء 600 نانومتر است، بر صفحه ای از اسپار ایسلندی، عمود بر محور نوری آن می افتد. ضریب شکست برای پرتوهای معمولی و غیرعادی به ترتیب 1.66 و 1.49 است. طول موج یک پرتو معمولی را در یک کریستال تعیین کنید. 3

4) مقداری ماده در میدان مغناطیسی طولی یک سلونوئید واقع بین دو قطبشگر قرار داده شد. طول لوله با ماده l. اگر در شدت میدان H، زاویه چرخش صفحه پلاریزاسیون برای یک جهت میدان و برای خلاف جهت میدان، ثابت Verdet را بیابید. 4

5) نور پلاریزه صفحه تک رنگ با فرکانس دایره ای از ماده ای در امتداد میدان مغناطیسی همگن با شدت H عبور می کند. اگر ثابت Verdet برابر باشد، تفاوت ضرایب شکست را برای اجزای قطبی دایره ای راست و چپ پرتو نور پیدا کنید. به V. 1

6) اگر شدت نور طبیعی عبوری از پلاریزه کننده و آنالایزر به ضریب 4 کاهش یابد، زاویه بین صفحات اصلی پلاریزه کننده و آنالایزر را بیابید. 45

7) نور پلاریزه خطی با شدت I0 روی آنالایزر می افتد که بردار E0 آن با صفحه انتقال زاویه 30 می کند. تحلیلگر چه کسری از نور فرودی را عبور می دهد؟ 0.75

8) اگر نور طبیعی را از دو قطبشگر عبور دهیم که صفحات اصلی آنها یک زاویه تشکیل می دهند ، شدت این نور I \u003d 1/2 * Iest * cos ^ 2 (a) است. شدت نور پلاریزه صفحه ای که از اولین پلاریزه خارج می شود چقدر است؟ 1

9) نور طبیعی از دو قطبی کننده عبور می کند که صفحات اصلی آنها یک زاویه a بین خود تشکیل می دهند. شدت نور پلاریزه صفحه ای که از قطبش دوم خارج می شود چقدر است؟ 4

10) زاویه بین صفحات اصلی پلاریزر و آنالایزر 60 است. تغییر شدت نور عبوری از آنها را در صورتی که زاویه بین صفحات اصلی 45 شود تعیین کنید.

11) پرتوی از نور طبیعی بر روی سیستمی متشکل از 6 پلاریزه کننده می افتد که صفحه عبور هر یک نسبت به صفحه عبور قطبنده قبلی با زاویه 30 می چرخد. چه بخشی از شار نور از این سیستم عبور می کند؟ 12

12) صفحه کوارتز به ضخامت 2 میلی متر، برش عمود بر محور نوری کریستال، صفحه قطبش نور تک رنگ با طول موج معین را با زاویه 30 می چرخاند. ضخامت صفحه کوارتز را که بین نیکول های موازی قرار داده شده است، تعیین کنید تا این نور تک رنگ خاموش می شود. 3

13) نور طبیعی از پلاریزه کننده و مجموعه آنالایزر عبور می کند به طوری که زاویه بین صفحات اصلی آنها فی است. هم پلاریزه کننده و هم آنالایزر 8 درصد نور تابیده شده را به خود جذب و منعکس می کنند. مشخص شد که شدت پرتوی خارج شده از آنالایزر برابر با 9 درصد شدت نور طبیعی تابیده شده بر روی قطبی کننده است. 62

14) هنگام اضافه کردن دو موج نوری پلاریزه خطی که در جهات عمود بر هم با تغییر فاز نوسان دارند ... 3

15) در چه مواردی هنگام عبور نور از آنالایزر قانون مالوس قابل اجرا است؟ 2

16) چه نوع امواجی خاصیت پلاریزاسیون دارند؟ 3

17) چه نوع امواجی الکترومغناطیسی هستند؟ 2

18) اگر نوسانات بردار نور نور فرودی عمود بر صفحه تابش باشد، شدت نور بازتاب شده را تعیین کنید. 1

19) نور روی سطح مشترک بین دو محیط با ضریب شکست n1 و n2 می افتد. زاویه تابش را با a مشخص کنید و اجازه دهید n1>n2 باشد. بازتاب کلی نور زمانی اتفاق می افتد که ... 2

20) شدت نور منعکس شده را که در آن نوسانات بردار نور در صفحه تابش قرار دارد، تعیین کنید. 5

21) یک صفحه کریستالی که اختلاف فاز بین پرتوهای معمولی و خارق العاده ایجاد می کند بین دو پلاریزر قرار می گیرد. زاویه بین صفحه انتقال پلاریزرها و محور نوری صفحه 45 است. در این حالت، شدت نور عبوری از پلاریزه کننده در شرایط زیر حداکثر خواهد بود... 1

22) کدام عبارات در مورد نور نیمه قطبی شده درست است؟ 3

23) کدام عبارات در مورد نور پلاریزه صفحه درست است؟ 3

24) دو پلاریزر در مسیر پرتو نور طبیعی قرار می گیرند، محورهای پلاریزر به صورت موازی جهت گیری می کنند. بردارهای E و B در پرتو نوری که از قطبش دوم خارج می شود چگونه جهت گیری می کنند؟ 1

25) کدام یک از گزاره های زیر فقط برای امواج الکترومغناطیسی پلاریزه صفحه درست است؟ 3

26) کدام یک از عبارات زیر هم برای امواج الکترومغناطیسی پلاریزه شده و هم برای امواج غیرقطبی درست است؟ 4

27) تفاوت مسیر را برای یک صفحه موج چهارم موازی با محور نوری تعیین کنید؟ 1

28) تفاوت ضریب شکست پرتوهای معمولی و فوق العاده در جهت عمود بر محور نوری در صورت تغییر شکل چیست. 1

29) یک پرتو موازی نور به طور معمول بر روی صفحه ای به ضخامت 50 میلی متر از بریدگی ایسلندی به موازات محور نوری می افتد. با گرفتن ضریب شکست اسپار ایسلندی برای پرتوهای معمولی و خارق العاده به ترتیب 1.66 و 1.49 تفاوت مسیر عبور این پرتوها از این صفحه را مشخص می کند. 1

30) یک پرتو نور پلاریزه خطی بر روی یک پلاریزه کننده که حول محور پرتو با سرعت زاویه ای 27 راد بر ثانیه می چرخد ​​برخورد می کند. شار انرژی در پرتو فرودی 4 مگاوات است. انرژی نوری را که در یک دور از قطبی کننده عبور می کند، پیدا کنید. 2

31) پرتوی از نور پلاریزه (لامبدا = 589 نانومتر) روی صفحه ای از اسپار ایسلندی می افتد. اگر ضریب شکست آن 1.66 باشد، طول موج یک پرتو معمولی را در یک بلور بیابید. 355

32) یک پرتو نور پلاریزه خطی بر روی یک پلاریزه کننده می افتد که صفحه انتقال آن حول محور پرتو با سرعت زاویه ای w می چرخد. اگر شار انرژی در پرتو فرودی فی باشد، انرژی نوری W را که در یک دور از پلاریزه کننده عبور می کند، پیدا کنید. 1

33) پرتوی از نور پلاریزه صفحه (لامبلا = 640 نانومتر) بر روی صفحه ایسلندی عمود بر محور نوری آن می افتد. اگر ضریب شکست اسپار ایسلندی برای پرتوهای معمولی و خارق العاده 1.66 و 1.49 باشد، طول موج پرتوهای معمولی و خارق العاده را در یک بلور بیابید. 1

34) نور پلاریزه صفحه بر روی یک آنالایزر می افتد که حول محور پرتو با سرعت زاویه ای 21 راد بر ثانیه می چرخد. انرژی نوری را که در یک دور از آنالایزر عبور می کند، پیدا کنید. شدت نور پلاریزه 4 وات است. 4

35) تفاوت بین ضریب شکست پرتوهای معمولی و خارق العاده یک ماده را تعیین کنید، اگر کوچکترین ضخامت یک صفحه کریستالی نیم موج ساخته شده از این ماده برای lambda0 \u003d 560 نانومتر 28 میکرون باشد. 0.01

36) نور پلاریزه صفحه، با طول موج لامبدا \u003d 589 نانومتر در خلاء، روی یک صفحه کریستالی عمود بر محور نوری خود می افتد. یافتن نانومتر (در مدول) اختلاف طول موج در یک کریستال است، در صورتی که ضریب شکست پرتوهای معمولی و خارق العاده در آن به ترتیب 1.66 و 1.49 باشد. 40

37) کوچکترین ضخامت صفحه کریستالی را در نیم موج برای لامبدا = 589 نانومتر تعیین کنید، اگر تفاوت بین ضریب شکست پرتوهای معمولی و خارق العاده برای یک طول موج معین 0.17 باشد. 1.73

38) یک پرتو موازی نور به طور معمول بر روی یک صفحه اسپار ایسلندی به ضخامت 50 میلی متر که به موازات محور نوری بریده شده است می افتد. با در نظر گرفتن ضریب شکست پرتوهای معمولی و خارق العاده به ترتیب 1.66 و 1.49، تفاوت مسیر پرتوهایی که از صفحه عبور کرده اند را مشخص می کند. 8.5

39) تفاوت مسیر را برای یک صفحه نیمه موج برش موازی با محور نوری تعیین کنید؟ 2

40) یک پرتو نوری پلاریزه خطی بر روی قطبی‌کننده‌ای برخورد می‌کند که صفحه انتقال آن حول محور پرتو با سرعت زاویه‌ای 20 می‌چرخد. انرژی نوری را که در یک دور از پلاریزه‌کننده عبور می‌کند، بیابید اگر قدرت پرتو فرودی برابر باشد. 3 وات 4

41) پرتوی از نور طبیعی بر روی یک منشور شیشه ای با زاویه در قاعده 32 می افتد (شکل را ببینید). ضریب شکست شیشه را در صورتی که پرتو منعکس شده پلاریزه شده باشد، تعیین کنید. 2

42) تعیین کنید که خورشید باید در چه زاویه ای نسبت به افق باشد تا پرتوهای منعکس شده از سطح دریاچه (n=1.33) حداکثر قطبی شوند. 2

43) نور طبیعی روی شیشه با ضریب شکست n=1.73 می افتد. زاویه انکسار را با نزدیکترین درجه تعیین کنید که در آن نور منعکس شده از شیشه کاملاً قطبی می شود. سی

44) ضریب شکست n شیشه را در صورتی بیابید که وقتی نور از آن منعکس می شود، پرتو بازتاب شده کاملاً با زاویه شکست 35 قطبی شود. 1.43

45) هنگامی که نور از شیشه منعکس می شود، زاویه قطبش کامل را پیدا کنید، ضریب شکست آن n \u003d 1.57 57.5 است.

46) یک پرتو نور منعکس شده از یک دی الکتریک با ضریب شکست n زمانی کاملاً پلاریزه می شود که پرتو بازتاب شده با پرتو شکسته زاویه 90 تشکیل دهد. قطبش کامل نور منعکس شده در چه زاویه ای حاصل می شود؟ 3

47) یک پرتو نور روی سطح آب می افتد (n=1.33). اگر پرتو منعکس شده کاملاً قطبی شده باشد، زاویه شکست را به نزدیکترین درجه تعیین کنید. 37

48) در چه موردی قانون بروستر نادرست است؟ 4

49) یک پرتو طبیعی نور روی سطح یک صفحه شیشه ای با ضریب شکست n1 = 1.52، قرار داده شده در یک مایع می افتد. پرتو بازتاب شده با پرتو فرودی زاویه 100 ایجاد می کند و کاملاً قطبی می شود. ضریب شکست مایع را تعیین کنید. 1.27

50) سرعت انتشار نور در شیشه را در صورتی تعیین کنید که وقتی نور از هوا به شیشه می افتد، زاویه برخورد مربوط به قطبش کامل پرتو بازتاب شده 58 باشد. 1

51) زاویه بازتاب داخلی کل در رابط "شیشه-هوا" 42. زاویه تابش پرتو نور از هوا به سطح شیشه را پیدا کنید، که در آن پرتو تا حدود یک درجه کاملاً قطبی شده است. 56

52) ضریب انکسار محیط را تا دومین رقم اعشار تعیین کنید که با انعکاس آن در زاویه 57 نور کاملاً قطبی می شود. 1.54

53) ضریب شکست شیشه را در صورتی بیابید که وقتی نور از آن منعکس می شود، پرتو بازتاب شده کاملاً با زاویه شکست 35 قطبی شده باشد. 1.43

54) همانطور که در شکل نشان داده شده است، یک پرتو نور طبیعی بر روی یک منشور شیشه ای می افتد. زاویه در قاعده منشور 30. ضریب شکست شیشه را در صورتی که پرتو بازتاب شده پلاریزه شده باشد، تعیین کنید. 1.73

55) تعیین کنید که خورشید باید در چه زاویه ای نسبت به افق باشد تا پرتوهای منعکس شده از سطح دریاچه (n = 1.33) حداکثر قطبی شوند. 37

56) پرتوی از نور طبیعی روی یک منشور شیشه ای با زاویه ای در قاعده a می افتد (شکل را ببینید). ضریب شکست شیشه n=1.28. اگر پرتو منعکس شده پلاریزه باشد، زاویه a را به نزدیکترین درجه بیابید. 38

57) ضریب شکست شیشه را در صورتی تعیین کنید که هنگام انعکاس نور از آن، پرتو بازتاب شده در زاویه شکست کاملاً قطبی شده باشد. 4

58) پرتوی از نور پلاریزه صفحه در زاویه بروستر روی سطح آب می افتد. صفحه قطبش آن با صفحه تابش زاویه 45 می سازد. ضریب بازتاب را پیدا کنید. 3

59) ضریب شکست شیشه را در صورتی تعیین کنید که هنگام انعکاس نور از آن، پرتو بازتاب شده کاملاً با زاویه تابش 55 قطبی شود.

60) درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده 0.2 است. نسبت حداکثر شدت نور منتقل شده توسط آنالایزر را به حداقل تعیین کنید. 1.5

61) Imax، Imin، P برای نور پلاریزه صفحه چیست، که در آن ... 1

62) در صورتی که دامنه بردار نور متناظر با حداکثر شدت نور دو برابر دامنه متناظر با شدت حداقل باشد، درجه قطبش نور نیمه قطبی شده را تعیین کنید. 0.6

63) در صورتی که دامنه بردار نور متناظر با حداکثر شدت نور سه برابر دامنه متناظر با حداکثر شدت باشد، درجه قطبش نور نیمه قطبی شده را تعیین کنید. 1

64) درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده 0.75 است. نسبت حداکثر شدت نور منتقل شده توسط آنالایزر را به حداقل تعیین کنید. 1

65) درجه پلاریزاسیون P نور را که مخلوطی از نور طبیعی با نور پلاریزه سطحی است، در صورتی که شدت نور پلاریزه 3 برابر شدت نور طبیعی باشد، تعیین کنید. 3

66) درجه پلاریزاسیون P نور را که مخلوطی از نور طبیعی با نور پلاریزه صفحه است، در صورتی که شدت نور پلاریزه 4 برابر شدت نور طبیعی باشد، تعیین کنید. 2

67) نور طبیعی در زاویه بروستر روی سطح آب می افتد. در این حالت بخشی از نور فرودی منعکس می شود. درجه قطبش نور شکسته را بیابید. 1

68) نور طبیعی در زاویه بروستر روی سطح شیشه می افتد (n=1.5). ضریب بازتاب را بر حسب درصد تعیین کنید. 7

69) نور طبیعی در زاویه بروستر روی سطح شیشه می افتد (n=1.6). ضریب بازتاب را بر حسب درصد با استفاده از فرمول فرنل تعیین کنید. 10

70) با استفاده از فرمول های فرنل، ضریب انعکاس نور طبیعی را در تابش معمولی روی سطح شیشه تعیین کنید (50/1=n). 3

71) بازتاب نور طبیعی در تابش معمولی روی سطح صفحه شیشه ای 4 درصد است. ضریب شکست صفحه چقدر است؟ 3

72) درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده 25/0 P=. نسبت شدت مولفه پلاریزه شده این نور را به شدت مولفه طبیعی بیابید. 0.33

73) درجه پلاریزاسیون P نور را که مخلوطی از نور طبیعی با نور پلاریزه صفحه است، در صورتی که شدت نور پلاریزه شده برابر با شدت نور طبیعی باشد، تعیین کنید. 4

74) درجه پلاریزاسیون نور نیمه پلاریزه P=0.75. نسبت شدت مولفه پلاریزه شده این نور را به شدت مولفه طبیعی بیابید. 3

75) درجه پلاریزاسیون P نور را که مخلوطی از نور طبیعی با نور پلاریزه سطحی است، در صورتی که شدت نور پلاریزه نصف شدت نور طبیعی باشد، تعیین کنید. 0.33

76) یک پرتو باریک از نور طبیعی از گازی از مولکول های نوری همسانگرد عبور می کند. درجه قطبش نور پراکنده شده با زاویه a نسبت به پرتو را بیابید. 1

قطبی شدن یک پرتو نور طبیعی روی سطح صیقلی یک صفحه شیشه ای (n=1.5) غوطه ور در مایع می افتد. پرتو نور منعکس شده p از صفحه با پرتو فرودی زاویه φ=970 ایجاد می کند اگر نور منعکس شده کاملاً قطبی شده باشد ضریب شکست n مایع را تعیین کنید. پاسخ: 1. n=1.33. یک پرتو نور طبیعی روی یک منشور شیشه ای با زاویه شکست =30 می افتد. ضریب شکست شیشه را در صورتی که پرتو منعکس شده پلاریزه شده باشد، تعیین کنید. پاسخ:1. n=1,73. پرتوی از نور پلاریزه (=589nm) روی صفحه ایسلندی عمود بر محور نوری آن می افتد. اگر ضریب شکست اسپار ایسلندی برای یک پرتو معمولی n o = 1.66 باشد، طول موج  o یک پرتو معمولی را در یک کریستال بیابید. جواب: 2. 355 نانومتر.	الف) زاویه تابش نور بر روی سطح آب را تعیین کنید (n=1.33)، که در آن نور بازتاب شده به صورت پلاریزه می شود. ب) زاویه نور شکسته را تعیین کنید. پاسخ:2. الف) 53 ; ب) 37 . آنالایزر با ضریب 4 شدت نور پلاریزه شده بر روی خود را از پلاریزه کننده کاهش می دهد. زاویه بین صفحات اصلی پلاریزه کننده و آنالایزر چقدر است؟ پاسخ:3 . 60  . در کدام یک از موارد زیر پدیده پلاریزاسیون مشاهده می شود: پاسخ: 1. هنگامی که امواج عرضی از یک محیط ناهمسانگرد عبور می کنند. زاویه بین صفحات اصلی پلاریزه کننده و آنالایزر  1 =30 است. اگر زاویه بین صفحات اصلی  2 \u003d 45 باشد، تغییر شدت نور عبوری از آنها را تعیین کنید. جواب: 3.من 1 / من 2 =1,5.	مشاهده تداخل در نور طبیعی، که مخلوطی از امواج با جهت متفاوت است، ممکن است، زیرا: الف) در آزمایش تداخل، امواجی را که تقریباً به طور همزمان توسط یک اتم فرستاده می‌شوند مجبور می‌کنیم به هم برسند. ب) تداخل بین قسمت هایی از همان موج قطبی شده رخ می دهد. پاسخ: 2. الف) بله; ب) بله. عبارت صحیح را در رابطه با درجه پلاریزاسیون P و نوع موج شکست در زاویه تابش B برابر با زاویه بروستر انتخاب کنید. پاسخ: 3. درجه قطبی شدنپ- حداکثر: موج شکست - تا حدی قطبی شده. شرایط لازم برای وقوع انکسار مضاعف را هنگام عبور نور از یک پلاریزه کننده انتخاب کنید. پاسخ: ب) پرتو نور قبل از شکست تا حدی قطبی شده است و قطبش ناهمسانگرد است. ج) پرتو نور قبل از انکسار کاملاً غیرقطبی است و پلاریزه کننده ناهمسانگرد است.
نور تک رنگ طبیعی بر روی سیستمی از دو قطبشگر متقاطع می افتد که بین آنها یک صفحه کوارتز برش عمود بر محور نوری وجود دارد. حداقل ضخامت صفحه را بیابید که در آن این سیستم h=0.30 شار نور را ارسال می کند، اگر ثابت چرخش کوارتز a=17 arcsec باشد. درجه / میلی متر جواب: 4. 3.0 میلی متر. نور طبیعی در زاویه بروستر روی سطح آب می افتد. در این حالت بخشی از نور فرودی  منعکس می شود. درجه قطبش نور شکسته را بیابید. پاسخ 1.r/(1- r) . نور طبیعی در زاویه بروستر روی سطح شیشه فرو می‌رود (n=1.5). ضریب بازتاب را در این مورد تعیین کنید. جواب: 2.7%	کدام یک از عبارات زیر برای نور طبیعی دریافتی از منبع گرما درست است: پاسخ: 1. فازهای اولیه امواج الکترومغناطیسی ساطع شده از منبع حرارت متفاوت است. 2. فرکانس امواج الکترومغناطیسی ساطع شده از منبع گرما متفاوت است. 4. امواج الکترومغناطیسی از نقاط مختلف سطح منبع حرارت در جهات مختلف ساطع می شود. کدام عبارات در مورد نور نیمه قطبی شده درست است؟ پاسخ: الف) با این واقعیت که یکی از جهت های نوسان غالب است مشخص می شود. ج) چنین نوری را می توان مخلوطی از نور طبیعی و قطبی شده در نظر گرفت. درجات قطبش نور پلاریزه صفحه P 1 و نور طبیعی P 2 چقدر است؟ جواب: 2. ر 1 =1 ; آر 2 =0.	یک پرتو نور پلاریزه خطی بر روی یک پلاریزه کننده برخورد می کند که صفحه انتقال آن حول محور پرتو با سرعت زاویه ای ω می چرخد. اگر شار انرژی در پرتو فرودی  باشد، انرژی نوری W را که در یک دور از پلاریزه کننده عبور می کند، بیابید. پاسخ: 1. W=pi×fi/w. چرخش مغناطیسی صفحه قطبش با فرمول زیر تعیین می شود: پاسخ: 4. = V× ب× ل. نور پلاریزه خطی روی آنالایزر می افتد که بردار E آن با صفحه انتقال زاویه =30 0 ایجاد می کند. شدت نور عبوری را بیابید. پاسخ: 2. 0.75;من 1 . دو پلاریزر در مسیر پرتو نور طبیعی قرار می گیرند، محورهای پلاریزرها به صورت متقابل عمود هستند. بردارهای E و B در پرتو نوری که از قطبش دوم خارج می شود چگونه جهت گیری می کنند؟ پاسخ: 4. ماژول های بردار E و B برابر با 0 است.
شکل سطح سرعت های شعاعی یک کریستال تک محوری را نشان می دهد. تعريف كردن: 1. قابلیت مقایسه سرعت انتشار معمولی و خارق العاده. 2. کریستال تک محوری مثبت یا منفی. جواب: 3.v ه > v o , منفی. ضریب شکست n شیشه را در صورتی پیدا کنید که وقتی نور از آن بازتاب می‌شود، پرتو بازتاب‌شده کاملاً با زاویه شکست =30 قطبی شود. جواب: 3.n=1,73. اگر شدت نور طبیعی عبوری از پلاریزه کننده و آنالایزر 3 برابر شود، زاویه φ را بین صفحات اصلی پلاریزه کننده و آنالایزر پیدا کنید. پاسخ: 3.35 درجه. اگر شدت نور طبیعی عبوری از پلاریزه کننده و آنالایزر ضریب 4 کاهش یابد، زاویه φ را بین صفحات اصلی پلاریزه کننده و آنالایزر پیدا کنید. پاسخ:3. 45  .	هنگامی که نور از شیشه بازتاب می شود، زاویه i B قطبش کامل را پیدا کنید، ضریب شکست آن n=1.57 است. جواب: 1.57.5 . نور غیرقطبی از دو قطبی عبور می کند. محور یکی از آنها عمودی است و محور دیگری با عمود زاویه 60 درجه تشکیل می دهد. شدت نور عبوری چقدر است؟ پاسخ:2. من=1/8 من 0 . یک پرتو معمولی نور روی یک پلاروئید می افتد و انکسار دوگانه در آن رخ می دهد. کدام یک از قوانین زیر برای انکسار مضاعف برای یک پرتو خارق العاده معتبر است؟ O یک پرتو معمولی است. E - اشعه فوق العاده. پاسخ: 1. sinA/sinB=n 2 /n 1 = ثابت یک پرتو معمولی نور روی یک پلاروئید می افتد و انکسار دوگانه در آن رخ می دهد. کدام یک از قوانین زیر برای دوشکستگی تیر معمولی معتبر است؟ O یک پرتو معمولی است. E - اشعه فوق العاده. پاسخ: 3. sinA/sinB=f(A)#const.	کوچکترین ضخامت صفحه کریستالی را در نیم موج برای λ=640 نانومتر تعیین کنید، اگر تفاوت بین ضریب شکست پرتوهای معمولی و خارق العاده برای یک طول موج معین n0-ne=0.17 باشد؟ پاسخ:3. d=1.88 میکرومتر. ضریب شکست شیشه را در صورتی تعیین کنید که هنگام انعکاس نور از آن، پرتو بازتاب شده کاملاً با زاویه شکست  قطبی شود. پاسخ: 4.n= گناه(90  -  )/ گناه . ضریب شکست شیشه را در صورتی تعیین کنید که هنگام انعکاس نور از آن، پرتو بازتاب شده با زاویه =35 کاملاً قطبی شود. پاسخ:4. 1,43. تعیین کنید که خورشید باید در چه زاویه ای نسبت به افق باشد تا پرتوهای منعکس شده از سطح دریاچه (n=1.33) حداکثر قطبی شوند. جواب: 2.36° .
تعیین کنید که خورشید باید در چه زاویه ای نسبت به افق باشد تا پرتوهای منعکس شده آن از سطح آب کاملاً قطبی شوند (n=1.33). جواب: 4. 37 درجه. درجه پلاریزاسیون P نور را که مخلوطی از نور طبیعی با نور پلاریزه صاف است، در صورتی که شدت نور پلاریزه شده برابر با شدت نور طبیعی باشد، تعیین کنید. پاسخ: 4.0.5 درجه پلاریزاسیون P نور را که مخلوطی از نور طبیعی با نور پلاریزه سطحی است، در صورتی که شدت نور پلاریزه 5 برابر بیشتر از شدت نور طبیعی باشد، تعیین کنید. پاسخ: 2.0.833. درجه قطبش نور نیمه قطبی شده 0.75 است. نسبت حداکثر شدت نور منتقل شده توسط آنالایزر را به حداقل تعیین کنید. پاسخ: 1. 7. زاویه محدود بازتاب داخلی کل برای برخی از مواد i=45 0 . زاویه پلاریزاسیون کل بروستر را برای این ماده پیدا کنید. جواب: 3.55 0 . درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده P = 0.1. نسبت مولفه پلاریزه شدید به جزء طبیعی شدید را پیدا کنید. پاسخ: 1. 1/9.	نسبت حداکثر شدت موج نوری ارسال شده توسط آنالایزر را به حداقل تخمین بزنید، مشروط بر اینکه درجه قطبش نور نیمه قطبی شده 0.5 باشد. پاسخ:2. 3. یک پرتو موازی نور به طور معمول بر روی یک صفحه اسپار ایسلندی به ضخامت 50 میلی متر که به موازات محور نوری بریده شده است، برخورد می کند. با گرفتن ضریب شکست اسپار ایسلندی برای پرتوهای معمولی و خارق العاده به ترتیب N o = 1.66 و N e = 1.49، تفاوت مسیر این پرتوهایی که از این صفحه عبور کرده اند را مشخص می کند. پاسخ:1. 8.5 میکرومتر. صفحه کوارتز با ضخامت d 1 = 2 میلی متر، برش عمود بر محور نوری کریستال، صفحه قطبش نور تک رنگ با طول موج معین را با زاویه  1 = 30 0 می چرخاند. ضخامت d 2 یک صفحه کوارتز که بین نیکل های موازی قرار گرفته است را تعیین کنید تا این نور تک رنگ کاملاً خاموش شود. جواب: 3.6 میلی متر. درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده 0.25 = P است. نسبت شدت مولفه پلاریزه شده این نور را به شدت مولفه طبیعی بیابید. پاسخ: 4.0.3. درجه قطبش نور نیمه قطبی شده 0.5 است. نسبت حداکثر شدت نور منتقل شده توسط آنالایزر را به حداقل تعیین کنید. پاسخ: 1. 3.	یک پرتو صاف از نور طبیعی با شدت I 0 در زاویه بروستر روی سطح آب فرو می‌رود. ضریب شکست n=4/3. درجه انعکاس شار نوری چقدر است، اگر شدت نور شکست 1.4 برابر نسبت به I 0 کاهش یابد. پاسخ:1. ρ=0.047. پلاریزه کننده و آنالایزر 2 درصد از نور تابیده شده روی خود را جذب می کنند. شدت پرتوی که از آنالایزر خارج می شود برابر با 24 درصد شدت نور طبیعی تابیده شده به پلاریزه کننده است. زاویه φ بین صفحات اصلی پلاریزه کننده و تحلیلگر را پیدا کنید. جواب: 1.45 . درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده P=0.1. نسبت مولفه طبیعی شدید به جزء قطبی شدید را پیدا کنید. پاسخ: 1. 9. درجه پلاریزاسیون نور نیمه قطبی شده 0.25 = P است. نسبت شدت مولفه پلاریزه شده این نور را به شدت مولفه طبیعی بیابید. جواب: 3.من کف / من غذا خوردن = پ/(1- پ). اگر دامنه بردار نور متناظر با حداکثر شدت نور سه برابر دامنه متناظر با شدت حداقل باشد، درجه قطبش نور نیمه قطبی شده را تعیین کنید. پاسخ: 1. 0.8.

3) بدن خاکستری ... 2

5) در شکل. نمودارهایی از وابستگی چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه به طول موج تابش در دماهای مختلف T1 و T2 ارائه شده است و T1>

مکانیک کوانتومی

مکانیک کوانتومی

8) ذره ای با بار Q و جرم سکون m0 در میدان الکتریکی شتاب می گیرد و اختلاف پتانسیل U را پشت سر گذاشته است. آیا طول موج دی بروگلی یک ذره می تواند کمتر از طول موج کامپتون باشد؟ (شاید اگر QU>0.41m0*c^2)

10) تعیین کنید که طول موج دو بروگلی برای یک الکترون با چه مقدار عددی سرعت برابر با طول موج کامپتون آن است. (2.12e8. lambda(c)=2pi*h/m0*c؛ lambda=2pi*h*sqrt(1-v^2/c^2)/m0*v؛ lambda(c)=lambda; 1/c =sqrt(1-v^2/c^2)/v;v^2=c^2*(1-v^2/c^2);v^2=c^2-v^2;v = c/sqrt(2);v=2.12e8 m/s)

<=x<=1. Используя условие нормировки, определите нормировочный множитель. (A=sqrt(2/l))

>Dpr)

32) رابطه عدم قطعیت برای انرژی و زمان به این معنی است که (طول عمر حالت سیستم (ذره) و عدم قطعیت انرژی این حالت روابط >=h)

35) کدام یک از نسبت های زیر نسبت هایزنبرگ نیست. (VEV(x)>=h)

مکانیک کوانتومی

1) انرژی جنبشی یک الکترون متحرک 0.6 مگا ولت است. طول موج دو بروگلی یک الکترون را تعیین کنید. (1.44 بعد از ظهر؛ 0.6 MeV = 9.613*10^-14 J؛ lambda=2pi*h/(sqrt(2mT))=1.44pm)

2) طول موج دو بروگلی را برای پروتونی با انرژی جنبشی 100 ولت پیدا کنید. (2.86 دور. phi=h/sqrt(2m*E(k))=2.86 بعد از ظهر)

3) انرژی جنبشی نوترون 1 کو است. طول موج De Broglie را تعیین کنید. (0.91 بعد از ظهر. 1keV=1600*10^-19 J. lambda=2pi*h/sqrt(2m*T))=0.91pm)

4) الف) آیا می توان موج De Broglie را به عنوان یک بسته موج نمایش داد؟ ب) سرعت گروهی بسته موج U و سرعت ذره V در این حالت چگونه به هم مرتبط خواهند بود؟ (نه، u=v)

5) نسبت طول موج کامپتون پروتون به طول موج دی بروگلی را برای پروتونی که با سرعت 3*10^6 متر بر ثانیه حرکت می کند، بیابید. (0.01. lambda(c)=2pi*h/mc=h/mc؛ lambda=2pi*h/sqrt(2m*T); lambda(c)/phi=0.01)

6) انرژی جنبشی دو الکترون به ترتیب 3 کو و 4 کو است. نسبت طول های De Broglie مربوطه را تعیین کنید. (1.15. lambda=2pi*h/sqrt(2mT)؛ phi1/phi2=1.15)

7) طول موج د بروگلی توپ 0.2 کیلوگرمی را که با سرعت 15 متر بر ثانیه پرواز می کند، محاسبه کنید. (2.2*10^-34؛ lambda=h/mv=2.2*10^-34)

8) ذره ای با بار Q و جرم سکون m0 در میدان الکتریکی شتاب می گیرد و اختلاف پتانسیل U را پشت سر گذاشته است. آیا طول موج دی بروگلی یک ذره می تواند کمتر از طول موج کامپتون باشد؟ (شاید اگر QU>0.41m0*c^2)

9) تعیین کنید که یک پروتون چه اختلاف پتانسیل شتاب دهنده ای را باید عبور دهد تا طول موج دو بروگلی آن 1 نانومتر باشد. (0.822 mV. lambda=2pi*h/sqrt(2m0*T)؛ lambda^2*2m0*T=4*pi^2*h^2; T=2*pi^2*h^2/lambda^2 *m0=2.39e-19؛ T=eU؛ U=T/e=2pi^2*h^2/lambda^2*m0*e=0.822 mV)

10) تعیین کنید که طول موج دو بروگلی برای یک الکترون با چه مقدار عددی سرعت برابر با طول موج کامپتون آن است. (2.12e8. lambda(c)=2pi*h/m0*c؛ lambda=2pi*h*sqrt(1-v^2/c^2)/m0*v؛ lambda(c)=lambda; 1/c =sqrt(1-v^2/c^2)/v;v^2=c^2*(1-v^2/c^2);v^2=c^2-v^2;v = c/sqrt(2);v=2.12e8 m/s)

11) حداقل انرژی احتمالی را برای یک ذره کوانتومی واقع در چاه پتانسیل بی نهایت عمیق به عرض a تعیین کنید. (E=h^2/8ma^2)

12) ذره ای به جرم m در چاه مستطیلی با پتانسیل یک بعدی با دیواره های بی نهایت بلند قرار دارد. اگر ترازها بسیار متراکم هستند، تعداد dN سطوح انرژی را در بازه انرژی (E, E+dE) بیابید. (dN=l/pi*n*sqrt(m/2E)dE)

13) یک ذره کوانتومی در یک چاه پتانسیل بی‌نهایت عمیق به عرض L قرار دارد. در چه نقاطی از محل الکترون در اولین سطح انرژی (n=1) حداکثر تابع است. (x=L/2)

14) یک ذره کوانتومی در چاه پتانسیل بی نهایت عمیق به عرض a قرار دارد. ذره نمی تواند در چه نقاطی از سطح سوم انرژی باشد. (الف، ب، د، ه)

15) ذره در یک سوراخ بی نهایت عمیق قرار دارد. انرژی آن در چه سطح انرژی 2h^2/ml^2 تعریف شده است؟ (4)

16) تابع موج psi(x)=Asin(2pi*x/l) فقط در ناحیه 0 تعریف شده است.<=x<=1. Используя условие нормировки, определите норировочный множитель. (A=sqrt(2/l))

17) ذره در حالت پایه (1=n) در یک چاه پتانسیل عمیق بی نهایت یک بعدی با عرض لامبدا با دیواره های کاملا غیرقابل نفوذ قرار دارد (0)

18) ذره در یک چاه مستطیل شکل یک بعدی با دیواره های بی نهایت بلند قرار دارد. عدد کوانتومی سطح انرژی ذره را در صورتی بیابید که فواصل انرژی به سطوح همسایه (بالا و پایین) به صورت n:1 مرتبط باشد که n=1.4 است. (2.)

19) طول موج فوتون گسیل شده در حین انتقال یک الکترون را در یک چاه پتانسیل مستطیلی تک بعدی با دیواره های بی نهایت بلند به عرض 1 از حالت 2 به حالت با کمترین انرژی تعیین کنید. (لامبدا = 8 سانتی متر ^ 2/3 ساعت.)

20) الکترون به مانع بالقوه با ارتفاع محدود برخورد می کند. در چه مقدار انرژی یک الکترون از سد پتانسیل ارتفاع U0 عبور نخواهد کرد. (بدون پاسخ صحیح)

21) تعریف را کامل کنید: اثر تونل پدیده ای است که در آن یک ذره کوانتومی از یک مانع پتانسیل در (E) عبور می کند.

22) ضریب شفافیت مانع پتانسیل - (نسبت چگالی شار ذرات عبوری به چگالی شار ذرات فرودی)

23) ضریب شفافیت مانع بالقوه اگر عرض آن دو برابر شود چقدر خواهد بود؟ (D^2)

24) ذره ای به جرم m روی یک سد پتانسیل مستطیلی شکل می افتد و انرژی آن E >Dpr)

25) یک پروتون و یک الکترون با انرژی یکسان در جهت مثبت محور X حرکت می کنند و در مسیر خود با یک سد پتانسیل مستطیلی برخورد می کنند. تعیین کنید که چند بار باید سد پتانسیل را باریک کرد تا احتمال عبور آن توسط یک پروتون مانند یک الکترون باشد. (42.8)

26) سد پتانسیل مستطیلی دارای عرض 0.3 نانومتر است. اختلاف انرژی که در آن احتمال عبور الکترون از سد 0.8 است را تعیین کنید. (5.13)

27) الکترونی با انرژی 25 ولت در مسیر خود با پله ای با پتانسیل کم با ارتفاع 9 ولت مواجه می شود. ضریب شکست امواج دو بروگلی را در مرز پله تعیین کنید. (0.8)

28) پروتونی با انرژی 100 eV طول موج د بروگل را در هنگام عبور از یک پله پتانسیل 1% تغییر می دهد. ارتفاع مانع بالقوه را تعیین کنید. (2)

29) رابطه عدم قطعیت برای موقعیت و تکانه به این معنی است که (اندازه گیری همزمان مختصات و تکانه یک ذره فقط با دقت خاصی امکان پذیر است و حاصلضرب عدم قطعیت های موقعیت و تکانه باید حداقل h/2 باشد)

30) عدم قطعیت سرعت یک الکترون در اتم هیدروژن را با فرض اندازه اتم هیدروژن 0.10 نانومتر تخمین بزنید. (1.16*10^6)

31) رابطه عدم قطعیت برای موقعیت و تکانه به این معنی است که (اندازه گیری همزمان مختصات و تکانه یک ذره فقط با دقت خاصی امکان پذیر است و حاصلضرب عدم قطعیت موقعیت و تکانه باید حداقل h/2 باشد)

32) رابطه عدم قطعیت برای انرژی و زمان به این معنی است که (طول عمر حالت سیستم (ذره) و عدم قطعیت انرژی این حالت روابط >=h)

33) رابطه عدم قطعیت از (خواص موجی ریز ذرات) ناشی می شود.

34) انرژی جنبشی متوسط ​​یک الکترون در یک اتم 10 eV است. ترتیب کوچکترین خطایی که می توان با آن مختصات یک الکترون در اتم را محاسبه کرد چقدر است؟ (10^-10)

35) کدام یک از نسبت های زیر نسبت هایزنبرگ نیست. (VEV(x)>=h)

36) رابطه عدم قطعیت برای موقعیت و تکانه یک ذره به این معنی است که (اندازه گیری همزمان مختصات و تکانه یک ذره فقط با دقت خاصی امکان پذیر است و عدم قطعیت های موقعیت و تکانه باید حداقل h/2 باشد. )

37) عبارت نادرست را انتخاب کنید (با n=1 یک اتم فقط می تواند برای مدت زمان بسیار کمی در سطح انرژی اول باشد n=1)

38) نسبت عدم قطعیت های سرعت یک الکترون و یک ذره غبار با جرم 10 ^ -12 کیلوگرم را در صورتی که مختصات آنها با دقت 10 ^ -5 متر تنظیم شده باشد (1.1 * 10 ^ 18) تعیین کنید.

39) سرعت الکترون را در مدار سوم اتم هیدروژن تعیین کنید. (v=e^2/(12*pi*E0*h))

40) رابطه بین شعاع مدار الکترون دایره ای و طول موج دو بروگل را بدست آورید که n تعداد مدار ثابت است. (2pi*r=n*lambda)

41) انرژی فوتون گسیل شده در هنگام انتقال الکترون در اتم هیدروژن از سطح انرژی سوم به سطح دوم را تعیین کنید. (1.89 eV)

42) سرعت الکترون را در مدار سوم بور اتم هیدروژن تعیین کنید. (0.731 میلی متر بر ثانیه)

43) با استفاده از نظریه بور برای هیدروژن، سرعت یک الکترون را در حالت برانگیخته در n=2 تعیین کنید. (1.14 میلی متر بر ثانیه)

44) دوره چرخش یک الکترون واقع در اتم هیدروژن در حالت ساکن را تعیین کنید (15/10 * 10^-15)

45) یک الکترون در حالت ساکن توسط فوتونی که انرژی آن 17.7 است از اتم هیدروژن خارج می شود. سرعت الکترون خارج از اتم را تعیین کنید. (1.2 میلی متر بر ثانیه)

46) حداکثر و حداقل انرژی فوتون را در سری مرئی طیف هیدروژن (سری بولمر) تعیین کنید. (5/36 ساعت، 1/4 ساعت)

47) برای اتم هیدروژن شعاع مدار دوم بور و سرعت الکترون روی آن را محاسبه کنید. (2.12*10^-10، 1.09*10^6)

48) با استفاده از نظریه بور، گشتاور مغناطیسی مداری الکترونی که در امتداد مدار سوم اتم هیدروژن حرکت می کند را تعیین کنید. (2.8*10^-23)

49) انرژی اتصال الکترون در حالت پایه را برای یون He+ تعیین کنید. (54.5)

50) با توجه به اینکه انرژی یونیزاسیون اتم هیدروژن 13.6 eV است، اولین پتانسیل تحریک این اتم را تعیین کنید. (10.2)

51) یک الکترون از یک اتم هیدروژن که در حالت پایه است توسط یک فوتون انرژی e خارج می شود. سرعت الکترون خارج از اتم را تعیین کنید. (sqrt(2(E-Ei)/m))

52) حداکثر سرعتی که الکترونها باید داشته باشند تا با ضربه یک اتم هیدروژن را از حالت اول به حالت سوم منتقل کنند چقدر است. (2.06)

53) انرژی فوتون گسیل شده در هنگام انتقال الکترون در اتم هیدروژن از سطح انرژی سوم به سطح دوم را تعیین کنید. (1.89)

54) هنگامی که یک فوتون با انرژی 1.93 * 10^-18 ژول جذب شود، یک الکترون در اتم هیدروژن به چه مداری می رود. (3)

55) در نتیجه جذب یک فوتون، الکترون موجود در اتم هیدروژن از اولین مدار بور به مدار دوم حرکت کرد. فرکانس این فوتون چقدر است؟ (2.5*10^15)

56) یک الکترون در اتم هیدروژن از یک سطح انرژی به سطح دیگر عبور می کند. چه انتقالی با جذب انرژی مطابقت دارد. (1،2،5)

57) اگر پتانسیل یونیزاسیون اتم هیدروژن 13.6 باشد، حداقل سرعت الکترونی مورد نیاز برای یونیزاسیون اتم هیدروژن را تعیین کنید. (2.2*10^6)

58) اتم های جیوه در چه دمایی انرژی جنبشی انتقالی برای یونیزاسیون دارند؟ پتانسیل یونیزاسیون اتم جیوه 10.4 ولت است. جرم مولی جیوه 200.5 گرم در مول، ثابت گاز جهانی 8.31 است. (8*10^4)

59) انرژی اتصال یک الکترون در حالت پایه اتم He 24.6 eV است. انرژی لازم برای حذف هر دو الکترون از این اتم را بیابید. (79)

60) یک اتم هیدروژن با چه حداقل انرژی جنبشی باید حرکت کند تا یکی از آنها بتواند در یک برخورد رو به رو غیرکشسان با اتم هیدروژن دیگر در حالت سکون، فوتون ساطع کند. فرض بر این است که هر دو اتم قبل از برخورد در حالت پایه هستند. (20.4)

61) اولین پتانسیل تحریک اتم هیدروژن را تعیین کنید، جایی که R ثابت ریدبرگ است. (3Rhc/4e)

62) تفاوت طول موج خطوط سر سری لیمن را برای اتم های هیدروژن سبک و سنگین بیابید. (33 بعد از ظهر)

1) عبارت صحیح را در مورد نحوه انتشار امواج الکترومغناطیسی انتخاب کنید. 4

2) اجسام کاملاً سیاه و خاکستری که سطح یکسانی دارند تا یک دما گرم می شوند. شار تابش حرارتی این اجسام Ф0 (سیاه) و Ф (خاکستری) را مقایسه کنید. 2

3) بدن خاکستری ... 2

4) مشخصات تابش حرارتی در زیر آورده شده است. کدام یک از آنها چگالی طیفی درخشندگی انرژی نامیده می شود؟ 3

5) در شکل. نمودارهایی از وابستگی چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه به طول موج تابش در دماهای مختلف T1 و T2 و T1>T2 نشان داده شده است. کدام یک از شکل ها به درستی قوانین تابش حرارتی را در نظر می گیرد؟ 1

6) تعیین کنید که چند بار باید دمای ترمودینامیکی یک جسم سیاه را کاهش داد تا درخشندگی انرژی R آن 39 برابر تضعیف شود؟ 3

7) جسم کاملاً سیاه ... 1 است

8) آیا ظرفیت جذب یک جسم خاکستری به الف) فرکانس تابش ب) دما بستگی دارد؟ 3

9) هنگام مطالعه ستارگان A و ستارگان B، نسبت جرمهای از دست رفته توسط آنها در واحد زمان (دلتا)mA=2(دلتا)mB و شعاع آنها Ra=2.5Rb مشخص شد. حداکثر انرژی تابش ستاره B مربوط به موج لامبدا B = 0.55 میکرومتر است. کدام موج با حداکثر انرژی تابشی ستاره A مطابقت دارد؟ 1

10) عبارت صحیح را انتخاب کنید. (بدن کاملا سفید) 2

11) طول موج نور lambda0 مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای لیتیوم را پیدا کنید. (تابع کار A=2.4 eV). ثابت پلانک h=6.62*10^-34 J*s. 1

12) طول موج نور lambda0 مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک سدیم را پیدا کنید. (تابع کار A=2.3 eV). ثابت پلانک h=6.62*10^-34 J*s. 1

13) طول موج نور lambda0 مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای پتاسیم را پیدا کنید. (تابع کار A=2.0 eV). ثابت پلانک h=6.62*10^-34 J*s. 3

14) طول موج نور lambda0 مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای سزیم را پیدا کنید. (تابع کار A=1.9 eV). ثابت پلانک h=6.62*10^-34 J*s. 653

15) طول موج نور مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای مقداری فلز لامبدا0. حداقل انرژی یک فوتون که باعث اثر فوتوالکتریک می شود را بیابید. 1

16) طول موج نور مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای مقداری فلز لامبدا0. تابع کار A الکترون از فلز را پیدا کنید. 1

17) طول موج نور مربوط به مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای برخی فلز برابر با لامبدا0 است. حداکثر انرژی جنبشی W الکترون های پرتاب شده از فلز توسط نور با طول موج لامبدا را بیابید. 1

18) اختلاف پتانسیل تاخیری U را برای الکترون‌هایی که وقتی یک ماده خاص با نور با طول موج لامبدا روشن می‌شود، پرتاب می‌شوند، جایی که A تابع کار این ماده است. 1

19) فوتون های با انرژی الکترون ها را از فلز با تابع کار A خارج می کنند. حداکثر تکانه p را که در هنگام گسیل هر الکترون به سطح فلز منتقل می شود را پیدا کنید. 3

20) فتوسل خلاء از یک کاتد مرکزی (گلوله تنگستن) و یک آند (سطح داخلی لامپ که از داخل نقره شده است) تشکیل شده است. اختلاف پتانسیل تماس بین الکترودهای U0 باعث تسریع الکترون های خروجی می شود. فتوسل توسط نور با طول موج لامبدا روشن می شود. اگر اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند اعمال نشود، الکترونها با رسیدن به آند چه سرعتی دارند؟ 4

21) در شکل. نمودارهایی از وابستگی حداکثر انرژی فوتوالکترون ها به انرژی فوتون های برخورد شده روی فوتوکاتد نشان داده شده است. در کدام صورت ماده کاتد فتوسل کمترین عملکرد کاری را دارد؟ 1

22) معادله انیشتین برای اثر فوتوالکتریک فوتون بسیار شکل دارد. 1

23) حداکثر سرعت الکترونهای ساطع شده از کاتد را در صورت U=3V تعیین کنید. 1

24) اثر فوتوالکتریک خارجی - ... 1

25) اثر فوتوالکتریک داخلی - ... 2

26) اثر فوتوالکتریک شیر - ... 1) شامل ... 3

27) سرعت فوتوالکترون های بیرون کشیده شده از سطح نقره توسط اشعه ماوراء بنفش (لامبدا \u003d 0.15 میکرون ، m \u003d 9.1 * 10^-31 کیلوگرم) را تعیین کنید ، اگر عملکرد کار 4.74 eV باشد. 3

28) اگر تابع کار 4.74 eV باشد، "حاشیه قرمز" اثر فوتوالکتریک را برای نقره تعیین کنید. 2

29) مرز قرمز اثر فوتوالکتریک برای فلز (lambda0) 550 نانومتر است. حداقل مقدار انرژی فوتون (Emin) را که باعث اثر فوتوالکتریک می شود، بیابید. 1

30) تابع کار یک الکترون از سطح یک فلز A1=1 eV و از دیگری A2=2 eV است. اگر انرژی فوتون تابش تابیده شده به آنها 4.8 * 10^-19 J باشد، اثر فوتوالکتریک در این فلزات مشاهده خواهد شد؟ 3

31) اثر فوتوالکتریک شیر ... 1) وقوع ... 1

32) شکل مشخصه جریان-ولتاژ اثر فوتوالکتریک را نشان می دهد. تعیین کنید که کدام منحنی با نور زیاد کاتد در همان فرکانس نور مطابقت دارد. 1

33) حداکثر سرعت Vmax فوتوالکترون های خارج شده از سطح نقره توسط تابش فرابنفش با طول موج 0.155 میکرومتر را در تابع کاری برای نقره 4.7 eV تعیین کنید. 1

34) کامپتون دریافت که تفاوت نوری بین طول موج تابش پراکنده و فرودی بستگی به ... 3

35) طول موج کامپتون (زمانی که فوتون در الکترون ها پراکنده می شود) برابر است. 1

36) اگر با پراکندگی کامپتون این تابش در زاویه 60، طول موج تابش پراکنده شده 57 بعد از ظهر باشد، طول موج تابش اشعه ایکس را تعیین کنید. 5

37) یک فوتون با طول موج 5 بعد از ظهر پراکندگی کامپتون را در زاویه 60 تجربه کرد. تغییر طول موج را در حین پراکندگی تعیین کنید. 2

38) طول موج پرتوهای ایکس چقدر بود، اگر وقتی این تابش توسط ماده ای با زاویه 60 پراکنده می شود، طول موج پرتوهای ایکس پراکنده 4 * 10^-11 متر باشد.

39) آیا عبارات زیر درست است: الف) پراکندگی زمانی اتفاق می افتد که یک فوتون با یک الکترون آزاد برهمکنش می کند، و اثر فوتوالکتریک هنگام برهمکنش با الکترون های مقید اتفاق می افتد ب) جذب یک فوتون توسط یک الکترون آزاد غیرممکن است، زیرا این فرآیند در تضاد است. با قوانین بقای تکانه و انرژی. 3

40) شکل 3 نمودار برداری از پراکندگی کامپتون را نشان می دهد. کدام یک از بردارها نشان دهنده تکانه فوتون پراکنده است؟ 2

41) شار نور تک رنگ جهت دار Ф با زاویه 30 روی صفحات کاملاً سیاه (A) و آینه ای (B) می افتد (شکل 4). در صورت ثابت بودن صفحات، فشار نور را به ترتیب روی صفحات A و B مقایسه کنید. 3

42) فرمول کدام یک از عبارات زیر به طور تجربی توسط کامپتون به دست آمده است؟ 1

43) آیا الکترون آزاد می تواند فوتون را جذب کند؟ 2

44) یک فوتون با انرژی 0.12 مگا الکترون ولت توسط یک الکترون آزاد در ابتدا در حالت استراحت پراکنده شد. مشخص است که طول موج فوتون پراکنده 10٪ تغییر کرده است. انرژی جنبشی الکترون پس زدگی (T) را تعیین کنید. 1

45) تابش اشعه ایکس با طول موج 55.8 بعد از ظهر توسط یک کاشی گرافیتی (اثر کامپتون) پراکنده می شود. طول موج نور پراکنده شده در زاویه 60 نسبت به جهت پرتو نور فرودی را تعیین کنید. 1

85) در آزمایش یانگ، سوراخ با نور تک رنگ (لامبدا = 600 نانومتر) روشن می شود. فاصله بین سوراخ ها d=1 نانومتر، فاصله سوراخ ها تا صفحه L=3 متر است.موقعیت سه نوار نوری اول را پیدا کنید. 4

86) تاسیسات برای بدست آوردن حلقه های نیوتن با نور تک رنگی که به طور معمول می افتد روشن می شود. طول موج نور لامبدا=400 نانومتر. ضخامت گوه هوا بین لنز و صفحه شیشه ای برای حلقه درخشان سوم در نور بازتابی چقدر است؟ 3

87) در آزمایش یانگ (تداخل نور از دو شکاف باریک)، یک صفحه شیشه ای نازک در مسیر یکی از پرتوهای مزاحم قرار داده شد که در نتیجه نوار روشن مرکزی به موقعیتی که در ابتدا توسط نور پنجم اشغال شده بود، تغییر یافت. نوار (بدون احتساب نوار مرکزی). پرتو عمود بر سطح صفحه برخورد می کند. ضریب شکست صفحه n=1.5. طول موج لامبدا=600 نانومتر. ضخامت h صفحه چقدر است؟ 2

88) نصب برای مشاهده حلقه های نیوتن توسط نور تک رنگ با طول موج لامبدا = 0.6 میکرون روشن می شود که به طور معمول سقوط می کند. مشاهده در نور منعکس شده انجام می شود. شعاع انحنای عدسی R=4 متر است، در صورتی که شعاع حلقه نوری سوم r=2.1 میلی متر باشد، ضریب شکست مایعی که فضای بین عدسی و صفحه شیشه ای را پر می کند را تعیین کنید. مشخص است که ضریب شکست مایع کمتر از شیشه است. 3

89) طول قطعه l1 را تعیین کنید که همان تعداد طول موج نور تک رنگ در خلاء به اندازه کاتر l2=5 میلی متر در شیشه بر روی آن قرار می گیرد. ضریب شکست شیشه n2=1.5. 3 http://ivandriver.blogspot.ru/2015/01/l1-l25-n15.html

90) یک پرتو معمولی موازی از نور تک رنگ (لامبدا = 0.6 میکرومتر) روی یک صفحه شیشه ای ضخیم پوشیده شده با یک لایه بسیار نازک می افتد که ضریب شکست آن n = 1.4 است. در چه حداقل ضخامت لایه نور بازتابی حداکثر کاهش می یابد؟ 3

91) عرض مجاز شکاف های d0 در آزمایش یانگ چقدر باید باشد تا الگوی تداخل در صفحه ای که در فاصله L از شکاف ها قرار دارد قابل مشاهده باشد. فاصله بین شکاف ها d، طول موج lambda0. 1

92) یک منبع تابش نقطه ای دارای طول موج هایی در محدوده lambda1=480nm تا lambda2=500nm است. طول پیوستگی این تابش را تخمین بزنید. 1

93) تعیین کنید اگر فیلتر نور بنفش (0.4 میکرون) با قرمز (0.7 میکرون) جایگزین شود، در آزمایش با آینه های فرنل چند برابر عرض حاشیه های تداخل روی صفحه نمایش تغییر می کند. حداکثر: دلتا=+-m*لامبدا، دلتا=xd/l، xd/l=+-m*لامبدا، x=+-(ml/d)*لامبدا، دلتا x=(ml*لامبدا/d)-( (m-1)l*lambda/d)=l*lambda/d، delta x1/delta x2=lambda2/lambda1 = 1.75 (1)

94) در نصب یانگ فاصله بین شکاف ها 1.5 میلی متر است و صفحه نمایش در فاصله 2 متری از شکاف ها قرار دارد. اگر طول موج نور تک رنگ 670 نانومتر باشد، فاصله بین حاشیه های تداخل روی صفحه را تعیین کنید. 3

95) دو پرتو منسجم (لامبدا = 589 نانومتر) یکدیگر را در یک نقطه به حداکثر می‌رسانند. یک فیلم صابون معمولی در مسیر یکی از آنها قرار داده شد (n=1.33). در حداقل ضخامت d از لایه صابون، این پرتوهای منسجم در نقطه ای حداکثر یکدیگر را ضعیف می کنند. 3

96) نصب برای به دست آوردن حلقه های نیوتن با تابش نور تک رنگ در امتداد نرمال به سطح صفحه روشن می شود. شعاع انحنای عدسی R=15 متر مشاهده در نور بازتابی انجام می شود. فاصله بین حلقه های نیوتن نور پنجم و بیست و پنجم l=9 میلی متر. طول موج لامبدا نور تک رنگ را پیدا کنید. r=sqrt((2m-1)lambda*R/2)، دلتا d=r2-r1=sqrt((2*m2-1)lambda*R/2)-sqrt((2*m1-1)lambda* R/2)=7sqrt(lambda*R/2)-3sqrt(lambda*R/2)=4sqrt(lambda*R/2)، lambda=sqr(دلتا d)/8R = 675 نانومتر.

97) دو شیار 0.1 میلی متر از هم فاصله دارند و 1.20 متر از صفحه نمایش فاصله دارند. از یک منبع دور، نوری با طول موج لامبدا = 500 نانومتر روی شکاف می افتد. فاصله خطوط نور روی صفحه نمایش چقدر است؟ 2

98) نور تک رنگ با طول موج لامبدا = 0.66 میکرون برای به دست آوردن حلقه های نیوتن بر روی تاسیسات می افتد. شعاع حلقه نور پنجم در نور بازتابی 3 میلی متر است. شعاع انحنای عدسی را تعیین کنید. 3 متر یا 2.5 متر

100) یک الگوی تداخل از دو منبع نور منسجم با طول موج لامبدا \u003d 760 نانومتر روی صفحه مشاهده می شود. اگر پلاستیکی از کوارتز ذوب شده d = 1 میلی متر ضخامت با ضریب شکست n = 1.46 در مسیر یکی از پرتوها قرار گیرد، الگوی تداخل روی صفحه نمایشگر چند حاشیه تغییر می کند؟ پرتو به طور معمول روی صفحه می افتد. 2

101) یک الگوی تداخل از دو منبع نوری منسجم با طول موج 589 نانومتر بر روی صفحه نمایش مشاهده می شود. اگر یک پلاستیک کوارتز ذوب شده به ضخامت 0.41 میلی متر با ضریب شکست n = 1.46 در مسیر یکی از پرتوها قرار گیرد، الگوی تداخل روی صفحه نمایشگر چند حاشیه تغییر می کند؟ پرتو به طور معمول روی صفحه می افتد. 3

103) اگر به رشته یک لامپ رشته ای نگاه کنید، به نظر می رسد رشته با نورهای برجسته در دو جهت عمود بر هم قرار گرفته است. اگر رشته لامپ موازی با بینی ناظر باشد، می توان مجموعه ای از تصاویر رنگین کمانی از رشته را مشاهده کرد. دلیل این پدیده را توضیح دهید. 4

104) نور به طور معمول بر روی یک توری پراش شفاف به عرض l=7 سانتی متر می افتد. کوچکترین اختلاف موجی را که این توری می تواند در ناحیه لامبدا=600 نانومتر حل کند را تعیین کنید. پاسخ خود را در pm تا نزدیکترین دهم تایپ کنید. 7.98*10^-12=8.0*10^-12

105) شدت موج تک رنگ I0 باشد. الگوی پراش با استفاده از یک صفحه مات با یک سوراخ گرد که موج داده شده به صورت عمود بر روی آن برخورد می کند، مشاهده می شود. با در نظر گرفتن سوراخ برابر با اولین ناحیه فرنل، شدت های I1 و I2 را مقایسه کنید، که در آن I1 شدت نور پشت صفحه نمایش با سوراخ کاملاً باز است و I2 شدت نور پشت صفحه نمایش با سوراخ نیمه بسته است. قطر). 2

106) نور تک رنگ با طول موج 0.6 میکرون معمولاً روی یک توری پراش می افتد. زاویه پراش برای حداکثر پنجم 30 است و حداقل اختلاف طول موج قابل حل توسط گریتینگ برای این حداکثر 0.2 نانومتر است. تعیین: 1) ثابت توری پراش. 2) طول توری پراش. 4

107) یک پرتو موازی نور روی دیافراگم با سوراخ گرد می افتد. حداکثر فاصله مرکز سوراخ تا صفحه را تعیین کنید، که در آن نقطه تاریکی در مرکز الگوی پراش مشاهده می شود، اگر شعاع سوراخ r=1 میلی متر باشد، طول موج نور فرودی برابر است با 0.5 میکرومتر 2

108) نور معمولی تک رنگ روی یک شکاف باریک می افتد. جهت آن به چهارمین باند پراش تیره 30 است. تعداد کل قله های پراش را تعیین کنید. 4

109) یک موج معمولی تک رنگ با طول لامبدا روی یک توری پراش با دوره d \u003d 2.8 * لامبدا می افتد. بالاترین مرتبه حداکثر پراش داده شده توسط گریتینگ چیست؟ تعداد کل ماکزیمم ها را مشخص کنید؟ 1

110) نور با طول موج 750 نانومتر از شکافی با عرض D \u003d 20 میکرون عبور می کند. عرض حداکثر مرکزی روی صفحه در فاصله L=20 سانتی متر از شکاف چقدر است؟ 4

111) یک پرتو نور از یک لوله تخلیه معمولاً روی یک شبکه پراش می افتد. ثابت d توری پراش چقدر باید باشد تا حداکثر خطوط lambda1=656.3 نانومتر و lambda2=410.2 نانومتر در جهت phi=41 منطبق شوند. 1

112) با استفاده از گریتینگ پراش با پریود 01/0 میلی متر، اولین ماکزیمم پراش در فاصله 8/2 سانتی متر از حداکثر مرکزی و در فاصله 4/1 متر از گریتینگ به دست آمد. طول موج نور را پیدا کنید. 4

113) یک منبع نور نقطه ای با طول موج 0.6 میکرون در فاصله a = 110 سانتی متر در مقابل دیافراگم با سوراخ گرد به شعاع 0.8 میلی متر قرار دارد. فاصله b را از دیافراگم تا نقطه مشاهده که تعداد مناطق فرنل در سوراخ k=2 است را پیدا کنید. 3

114) یک منبع نور نقطه ای (لامبدا = 0.5 میکرومتر) در فاصله a = 1 متر در مقابل یک دیافراگم با سوراخ گرد به قطر d = 2 میلی متر قرار دارد. اگر سوراخ سه ناحیه فرنل را باز کند، فاصله b (m) از دیافراگم تا نقطه مشاهده را تعیین کنید. 2 http://studyport.ru/images/stories/tasks/Physics/difraktsija-sveta/1.gif

116) نور معمولی تک رنگ با طول موج 550 نانومتر روی یک توری پراش با طول l \u003d 15 میلی متر می افتد که حاوی N \u003d 3000 ضربه است. پیدا کنید: 1) تعداد ماکزیمم های مشاهده شده در طیف توری پراش 2) زاویه مربوط به آخرین حداکثر. 2

117) با دور شدن صفحه از توری، الگوی طیف پراش چگونه تغییر می کند؟ 2

118) یک پرتو موازی از نور تک رنگ با طول موج 0.5 میکرون معمولاً روی صفحه ای با سوراخ گرد به شعاع r \u003d 1.5 میلی متر می افتد. نقطه مشاهده بر روی محور سوراخ در فاصله 1.5 متری از آن قرار دارد. تعیین کنید: 1) تعداد مناطق فرنل که در سوراخ قرار می گیرند 2) اگر صفحه ای در نقطه مشاهده قرار گیرد، یک حلقه تیره یا روشن در مرکز الگوی پراش مشاهده می شود. r=sqrt(bm*lambda)، m=r^2/b*lambda=3 - فرد، حلقه سبک. 2

119) یک موج صفحه به طور معمول روی دیافراگم با سوراخ گرد می افتد. اگر شعاع ناحیه فرنل دوم 2 میلی متر باشد، شعاع ناحیه فرنل چهارم را تعیین کنید. 4

120) پراکندگی زاویه ای توری پراش در طیف درجه اول dphi / dlambda \u003d 2.02 * 10 ^ 5 راد / متر. اگر فاصله کانونی عدسی که طیف را روی صفحه نمایش می دهد F=40 سانتی متر باشد، پراکندگی خطی D شبکه پراش را بیابید.

اجسام گرم شده امواج الکترومغناطیسی ساطع می کنند. این تابش با تبدیل انرژی حرکت حرارتی ذرات بدن به انرژی تابشی انجام می شود.

تابش الکترومغناطیسی جسم در حالت تعادل ترمودینامیکی را تابش حرارتی (دما) می نامند. گاهی اوقات تابش حرارتی نه تنها به عنوان تعادل، بلکه به عنوان تابش غیر تعادلی اجسام به دلیل گرمایش آنها نیز درک می شود.

چنین تابش تعادلی رخ می دهد، برای مثال، اگر جسم تابشی در داخل یک حفره بسته با دیواره های مات باشد که دمای آن برابر با دمای بدن است.

در یک سیستم عایق حرارتی از اجسام در همان دما، تبادل حرارت بین اجسام با انتشار و جذب تابش حرارتی نمی تواند منجر به نقض تعادل ترمودینامیکی سیستم شود، زیرا این امر با قانون دوم ترمودینامیک در تضاد است.

بنابراین، برای تابش حرارتی اجسام، قانون Prevost باید برآورده شود: اگر دو جسم در یک دما مقادیر متفاوتی از انرژی را جذب کنند، تابش حرارتی آنها در این دما باید متفاوت باشد.

توانایی تابشی (تابشی) یا چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم مقدار En, m است که عددی برابر با چگالی توان سطحی تابش حرارتی بدن و بازه فرکانسی عرض واحد است:

جایی که dW انرژی های تابش حرارتی در واحد سطح سطح بدن در واحد زمان در محدوده فرکانس از v تا v + dr است.

گسیل En,m یک مشخصه طیفی تابش حرارتی بدن است. این به فرکانس v، دمای مطلق T بدن و همچنین به مواد، شکل و وضعیت سطح آن بستگی دارد. در سیستم SI، En,t بر حسب j/m2 اندازه گیری می شود.

ضریب جذب یا ضریب جذب تک رنگ یک جسم را مقدار An,t می گویند که نشان می دهد چه کسری از انرژی dWfall در واحد زمان در واحد سطح سطح بدن توسط امواج الکترومغناطیسی تابیده شده بر روی آن با فرکانس های v تا v تحویل داده می شود. + dv توسط بدن جذب می شود:

An,t یک کمیت بدون بعد است. علاوه بر فرکانس تابش و دمای بدن، به مواد، شکل و وضعیت سطح آن نیز بستگی دارد.

جسمی کاملاً سیاه نامیده می‌شود که در هر دمایی تمام میدان‌های الکترومغناطیسی را که روی آن می‌افتد را کاملاً جذب کند: An,t سیاه = 1.

اجسام واقعی کاملاً سیاه نیستند، اما برخی از آنها از نظر خواص نوری به جسم کاملاً سیاه نزدیک هستند (دوده، سیاه پلاتین، مخمل سیاه در ناحیه نور مرئی دارای An,m هستند که تفاوت کمی با وحدت دارند)

جسمی خاکستری نامیده می شود که قدرت جذب آن برای همه فرکانس های n یکسان باشد و فقط به دما، ماده و حالت سطح بدن بستگی داشته باشد.

بین توانایی های تابشی En,t و جذب An,t هر جسم مات رابطه ای وجود دارد (قانون کرهوف به شکل دیفرانسیل):

برای فرکانس و دمای دلخواه، نسبت گسیل پذیری یک جسم به قابلیت جذب آن برای همه اجسام یکسان است و برابر است با تابش en,m یک جسم کاملا سیاه که فقط تابعی از فرکانس و دما است. تابع Kirchhoff En,m = An,ten,m = 0).

تابش یکپارچه (درخشندگی انرژی) بدن:

چگالی توان سطحی تابش حرارتی بدن است، یعنی. انرژی تابش تمام فرکانس های ممکن که از یک واحد سطح یک جسم در واحد زمان ساطع می شود.

انتشار یکپارچه eТ یک جسم سیاه:

2. قوانین تابش جسم سیاه

قوانین تشعشعات جسم سیاه وابستگی eT و en,T را به فرکانس و دما تعیین می کند.

قانون Cmefan - Boltsmap:

مقدار σ ثابت جهانی Stefan-Boltzmann برابر با 5.67 -10-8 W/m2*deg4 است.

توزیع انرژی در طیف تابش یک جسم سیاه، یعنی وابستگی en، T، به فرکانس در دماهای مختلف، به شکلی است که در شکل نشان داده شده است:

قانون شراب:

که در آن c سرعت نور در خلاء است و f(v/T) تابع جهانی نسبت فرکانس تابش جسم سیاه به دمای آن است.

فرکانس تابش nmax، متناظر با حداکثر مقدار تابش، en، T یک جسم کاملا سیاه، طبق قانون وین برابر است با

جایی که b1 یک مقدار ثابت بسته به شکل تابع f(n/T) است.

قانون جابجایی بونا: فرکانس مربوط به حداکثر مقدار گسیل پذیری en,T یک جسم کاملاً سیاه با دمای مطلق آن نسبت مستقیم دارد.

از نقطه نظر انرژی، تابش سیاه معادل تابش سیستمی از تعداد نامتناهی نوسانگرهای هارمونیک غیر متقابل است که به آنها نوسانگرهای تابشی می گویند. اگر ε(ν) انرژی متوسط ​​یک نوسانگر تابشی با فرکانس طبیعی ν باشد، پس

ν= و

طبق قانون کلاسیک توزیع یکنواخت انرژی بر روی درجات آزادی، ε(ν) = kT، که k ثابت بولتزمن است، و

این نسبت فرمول ریلی جین نامیده می شود. در ناحیه فرکانس‌های بالا، منجر به اختلاف شدید با آزمایش می‌شود که به آن «فاجعه ماوراء بنفش» می‌گویند: en، T به‌طور یکنواخت با افزایش فرکانس، بدون حداکثر افزایش می‌یابد، و گسیل‌پذیری یکپارچه یک جسم کاملاً سیاه به بی‌نهایت تبدیل می‌شود. .

دلیل مشکلات فوق که در یافتن شکل تابع Kirchhoff en، T به وجود آمد، با یکی از مفاد اصلی فیزیک کلاسیک مرتبط است، که طبق آن انرژی هر سیستمی می تواند به طور مداوم تغییر کند، یعنی می تواند هر چیزی را بگیرد. به طور دلخواه مقادیر را نزدیک کنید.

طبق نظریه کوانتومی پلانک، انرژی یک نوسان ساز تابشی با فرکانس طبیعی v فقط می تواند مقادیر گسسته خاصی (کوانتیزه) را بگیرد که با تعداد صحیحی از بخش های ابتدایی متفاوت است - کوانتوم های انرژی:

h \u003d b، 625-10-34 j * sec - ثابت پلانک (کوانتوم عمل). مطابق با این، تابش و جذب انرژی توسط ذرات یک جسم تابشی (اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌ها) که انرژی را با نوسانگرهای تابشی مبادله می‌کنند، باید نه به طور مداوم، بلکه به صورت گسسته - در بخش‌های جداگانه (کوانت) اتفاق بیفتد.

تلاش برای توصیف:

این اصطلاح توسط گوستاو کیرشهوف در سال 1862 معرفی شد.

مطالعه قوانین تابش جسم سیاه یکی از پیش نیازهای پیدایش مکانیک کوانتومی بود. تلاش برای توصیف تابش یک جسم کاملا سیاه بر اساس اصول کلاسیک ترمودینامیک و الکترودینامیک به قانون ریلی-جین منتهی می شود.
در عمل، چنین قانونی به معنای عدم امکان تعادل ترمودینامیکی بین ماده و تابش است، زیرا بر اساس آن، تمام انرژی حرارتی باید به انرژی تابشی در ناحیه طول موج کوتاه طیف تبدیل شود. چنین پدیده فرضی را فاجعه فرابنفش نامیده اند.
با این وجود، قانون تابش ریلی-جین برای ناحیه طول موج بلند طیف معتبر است و ماهیت تابش را به اندازه کافی توصیف می کند. واقعیت چنین مطابقت را می توان تنها با استفاده از روش مکانیکی کوانتومی توضیح داد، که بر اساس آن تابش به طور مجزا رخ می دهد. بر اساس قوانین کوانتومی، می توانید فرمول پلانک را بدست آورید که با فرمول ریلی-جین مطابقت دارد.
این واقعیت یک تصویر عالی از عملکرد اصل مطابقت است که طبق آن نظریه فیزیکی جدید باید هر چیزی را که نظریه قبلی قادر به توضیح آن بود توضیح دهد.

شدت تابش یک جسم سیاه بسته به دما و فرکانس توسط قانون پلانک تعیین می شود.

انرژی کل تابش حرارتی توسط قانون استفان بولتزمن تعیین می شود. بنابراین، یک جسم سیاه در T = 100 K 5.67 وات در هر متر مربع از سطح خود ساطع می کند. در دمای 1000 کلوین، قدرت تابش به 56.7 کیلووات بر متر مربع افزایش می یابد.

طول موجی که انرژی تابش جسم سیاه در آن حداکثر است با قانون جابجایی وین تعیین می شود. بنابراین، اگر در تقریب اول فرض کنیم که پوست انسان از نظر خواص نزدیک به یک جسم کاملا سیاه است، حداکثر طیف تابش در دمای 36 درجه سانتیگراد (309 کلوین) در طول موج 9400 نانومتر قرار دارد. ناحیه مادون قرمز طیف).

تابش الکترومغناطیسی که با یک جسم کاملا سیاه در دمای معین در تعادل ترمودینامیکی است (مثلاً تابش درون یک حفره در یک جسم کاملاً سیاه) تابش جسم سیاه (یا تعادل حرارتی) نامیده می شود. تابش حرارتی تعادلی همگن، همسانگرد و غیر قطبی است، هیچ انتقال انرژی در آن وجود ندارد، تمام ویژگی های آن فقط به دمای یک تابشگر جسم سیاه مطلق بستگی دارد (و از آنجایی که تابش جسم سیاه با جسم معین در تعادل حرارتی است، این دما می تواند به تشعشع نسبت داده شود).

از نظر خواص بسیار نزدیک به جسم سیاه، به اصطلاح تابش باقیمانده یا پس زمینه مایکروویو کیهانی است - تشعشعاتی که جهان را با دمای حدود 3 کلوین پر می کند.

24) نظریه کوانتومی ابتدایی تابش.نکته اصلی در اینجا (به طور خلاصه): 1) تابش نتیجه انتقال یک سیستم کوانتومی از یک حالت به حالت دیگر است - با انرژی کمتر. 2) تشعشع به طور مداوم رخ نمی دهد، اما در بخش هایی از انرژی - کوانتومی. 3) انرژی کوانتومی برابر است با اختلاف انرژی بین سطوح. 4) فرکانس تابش با فرمول شناخته شده E=hf تعیین می شود. 5) کوانتوم تابشی (فوتون) خواص ذره و موج را نشان می دهد. جزئیات:تئوری کوانتومی تابش توسط انیشتین برای تفسیر اثر فوتوالکتریک استفاده شد. تئوری کوانتومی تابش، اثبات نظریه انیشتین را ممکن می سازد. نظریه کوانتومی تابش (با در نظر گرفتن فرضیات خاصی در مورد عادی سازی مجدد) به طور کامل برهمکنش تابش با ماده را توصیف می کند. با وجود این، وسوسه انگیز است که استدلال کنیم که مبانی مفهومی نظریه کوانتومی تابش و مفهوم فوتون از نظر میدان کلاسیک و نوسانات مربوط به خلاء به بهترین وجه نگریسته می شود. با این حال، پیشرفت‌ها در اپتیک کوانتومی، استدلال‌های جدیدی را برای کمی کردن میدان الکترومغناطیسی و همراه با آن درک عمیق‌تر از ماهیت فوتون‌ها ارائه کرده است. نظریه کوانتومی انتشار نور از این واقعیت استفاده می کند که انرژی برهمکنش بین یک ماده (اتم، مولکول، کریستال) و یک میدان الکترومغناطیسی بسیار کم است. این اجازه می دهد تا در تقریب صفر، میدان و ماده را مستقل از یکدیگر در نظر بگیریم و در مورد فوتون ها و حالت های ساکن ماده صحبت کنیم. محاسبه انرژی برهمکنش در تقریب اول امکان انتقال یک ماده از یک حالت ساکن به حالت دیگر را نشان می دهد. این انتقال ها با ظهور یا ناپدید شدن یک فوتون منفرد همراه است و بنابراین آن دسته از اعمال ابتدایی هستند که فرآیندهای گسیل و جذب نور توسط ماده را تشکیل می دهند. طبق نظریه کوانتومی تابش، فرآیند ابتدایی فوتولومینسانس را باید شامل عمل تحریک الکترونیکی مولکول های یک ماده درخشان توسط فوتون های جذب شده و انتشار بعدی مولکول ها در طول انتقال آنها از حالت برانگیخته به حالت عادی در نظر گرفت. همانطور که مطالعات تجربی نشان داده‌اند، فرآیند ابتدایی فوتولومینسانس همیشه در محدوده یک مرکز نشر اتفاق نمی‌افتد. برای ساختن یک نظریه کوانتومی تابش، مشخص شد که باید تعامل یک الکترون با میدان کوانتیزه دوم فوتون ها را در نظر گرفت.
آغاز توسعه تئوری کوانتومی تابش از باری که در میدان الکترومغناطیسی یک موج مسطح حرکت می‌کند با کار معروف کلین و نیشینا آغاز شد که در آن پراکندگی یک فوتون توسط یک الکترون در حالت سکون در نظر گرفته شد. . پلانک نظریه کوانتومی تابش را مطرح کرد که بر اساس آن انرژی نه به طور مداوم، بلکه در بخش های خاصی - کوانتومی به نام فوتون - ساطع و جذب می شود. بنابراین، نظریه کوانتومی تابش نه تنها به نتایج حاصل از نظریه موج منجر می شود، بلکه آنها را با یک پیش بینی جدید تکمیل می کند، که تأیید تجربی درخشانی پیدا کرده است. یک بسته موج با حداقل عدم قطعیت در زمان‌های مختلف در میدان پتانسیل یک نوسانگر هارمونیک (الف. میدان الکتریکی مربوطه (ب. همانطور که نظریه کوانتومی تابش توسعه یافت و با ظهور لیزر، این میدان بیان می‌کند که با نزدیک‌ترین حالت، میدان الکترومغناطیسی کلاسیک تا حد زیادی مورد مطالعه قرار گرفت.از زمان، این سوال که چگونه معادلات پلانک و استفان-بولتزمن چگالی انرژی درون حفره‌های واقعی و محدود با دیواره‌های نیمه بازتابنده را توصیف می‌کنند موضوع بحث‌های مکرری بوده است، که اکثر آن‌ها به این موضوع پرداختند. در دو دهه اول قرن حاضر، اما این سوال به طور کامل بسته نشده بود و در سال های اخیر علاقه به این موضوع و برخی مسائل مرتبط دیگر دوباره زنده شده است. از جمله دلایل احیای علاقه به این قدیمی ترین موضوع فیزیک مدرن می توان به توسعه اپتیک کوانتومی، نظریه انسجام جزئی و کاربرد آن در مطالعه آماری x خواص تشعشعی؛ درک ناکافی از فرآیندهای تبادل حرارت توسط تابش بین اجسام نزدیک در دماهای پایین و مشکل استانداردهای تابش مادون قرمز دور، که طول موج آن را نمی توان کوچک در نظر گرفت، و همچنین تعدادی از مشکلات نظری مربوط به مکانیک آماری سیستم های محدود او همچنین نشان داد که در محدوده حجم زیاد یا دمای بالا، عدد جین برای یک حفره با هر شکلی معتبر است. بعدها، بر اساس نتایج کار ویل، تقریب مجانبی به دست آمد، که در آن D0 (v) به سادگی اولین جمله از سری بود، که مجموع کل آن D (v) چگالی حالت متوسط ​​بود. موج به Vroy - Gosya در یک مدار دایره ای، لازم است که مجموع-la مرتبط با طول مسیر الکترو-مارما Znr در فرضیه دایره مضرب باشد. z z مدار. امواجی که طول موج الکترون را می شکنند. در غیر این صورت، تداخل لرزش - اگر موج در اثر عمل از بین برود، چربی - تداخل نشان داده می شود (9. وضعیت خط ضروری. تشکیل یک مدار پایدار به شعاع r شما. در قیاس با نظریه کوانتومی تابش، دو بروگلی در سال 1924 پیشنهاد کرد که الکترون و علاوه بر این، هر ذره مادی به طور کلی، به طور همزمان دارای هر دو ویژگی موجی و جسمی هستند. به گفته دو بروگلی، یک ذره متحرک با جرم m و سرعت v مطابق با طول موج Kh/mv است که h ثابت پلانک است. مطابق با نظریه کوانتومی تابش، انرژی ساطع کننده های اولیه فقط می تواند در پرش هایی تغییر کند که مضرب مقداری هستند که برای فرکانس تابش معین ثابت است. حداقل بخش انرژی را کوانتوم انرژی می نامند. توافق درخشان بین تئوری کاملاً کوانتومی تابش و ماده و آزمایش، که با مثال تغییر بره به دست آمد، یک استدلال قوی به نفع کوانتیزه کردن میدان تابش ارائه کرد. با این حال، محاسبه دقیق تغییر بره ما را از جریان اصلی اپتیک کوانتومی دور می کند. انتقال موسباور، راحت ترین در تجربی. این داده ها نتیجه گیری نظریه کوانتومی تابش را برای محدوده گاما تایید می کند.
پس از ارائه این توجیه مختصر از نظریه کوانتومی تابش، به کوانتیزه کردن میدان الکترومغناطیسی آزاد می‌پردازیم. جرم استراحت یک فوتون در نظریه کوانتومی تابش صفر در نظر گرفته می شود. با این حال، این تنها یک فرضیه از نظریه است، زیرا هیچ آزمایش فیزیکی واقعی نمی تواند این را تایید کند. اجازه دهید به طور خلاصه در مورد مفاد اصلی نظریه کوانتومی تابش صحبت کنیم. اگر بخواهیم عمل تقسیم پرتو و خواص کوانتومی آن را بر اساس تئوری کوانتومی تابش درک کنیم، باید دستور بالا را دنبال کنیم: ابتدا حالت های ویژه را پیدا کرده و سپس، همانطور که در فصل قبل توضیح داده شد، کوانتیزه کنیم. اما شرایط مرزی در مورد ما چیست که این حالت ها را تعیین می کند. ابتدا، لازم است نظریه کوانتومی تابش را گسترش دهیم تا اثرات تصادفی غیرکوانتومی مانند نوسانات حرارتی را در نظر بگیریم. این یک جزء مهم از نظریه انسجام جزئی است. علاوه بر این، چنین توزیع هایی ارتباط بین نظریه های کلاسیک و کوانتومی را روشن می کند. کتاب راهنمای مطالعه دروس تئوری کوانتومی تابش و الکترودینامیک کوانتومی است. اصل ساخت کتاب: ارائه مبانی درس بخش کوچکی از حجم آن را به خود اختصاص می دهد، بیشتر مطالب واقعی در قالب مسائل با راه حل آورده شده است، دستگاه ریاضی لازم در ضمیمه ها آورده شده است. تمام توجهات معطوف به ماهیت غیر نسبیتی انتقال تابشی در سیستم های اتمی است. از نظر تئوری تعیین AnJBnm در فرمول (11.32) نظریه کوانتومی ابتدایی تابش جسم سیاه قادر نیست. انیشتین، حتی قبل از توسعه نظریه کوانتومی تابش، نشان داد که تعادل آماری بین تابش و ماده تنها زمانی امکان پذیر است که همراه با انتشار تحریک شده متناسب با چگالی تابش، تابش خود به خودی وجود داشته باشد که حتی در غیاب تابش خارجی رخ دهد. . انتشار خود به خودی به دلیل برهمکنش یک سیستم اتمی با نوسانات صفر میدان الکترومغناطیسی است. انیشتین، حتی قبل از توسعه نظریه کوانتومی تابش، نشان داد که تعادل آماری بین تابش و ماده تنها زمانی ممکن است که، همراه با انتشار تحریک شده متناسب با چگالی تابش، تابش خود به خودی وجود داشته باشد که حتی در غیاب خارجی رخ دهد. تابش - تشعشع. انتشار خود به خودی به دلیل برهمکنش یک سیستم اتمی با نوسانات صفر میدان الکترومغناطیسی است. استارک و انیشتین بر اساس نظریه کوانتومی تابش، در آغاز قرن بیستم قانون دوم فتوشیمی را فرموله کردند: هر مولکولی که در یک واکنش فتوشیمیایی شرکت می کند یک کوانتوم تابشی را جذب می کند که باعث واکنش می شود. مورد دوم به دلیل احتمال بسیار کم جذب مکرر یک کوانتوم توسط مولکول های برانگیخته به دلیل غلظت کم آنها در ماده است. بیان ضریب جذب بر اساس تئوری کوانتومی تابش به دست می آید. برای ناحیه مایکروویو، تابعی پیچیده است که به مربع فرکانس انتقال، شکل خط، دما، تعداد مولکول‌ها در سطح انرژی پایین‌تر و مربع عنصر ماتریس ممان دوقطبی انتقال بستگی دارد.

25 نظریه تابش و تولید نور اینشتین

اینشتین با در نظر گرفتن یک مشکل در نظریه تابش جسم سیاه شروع می کند. اگر تصور کنیم که نوسانگرهای الکترومغناطیسی، که مولکول‌های بدن هستند، از قوانین آمار کلاسیک ماکسول-بولتزمن پیروی می‌کنند، آن‌گاه هر یک از این نوسان‌گرها به طور متوسط ​​انرژی خواهد داشت:

جایی که R ثابت کلاپیرون است، N عدد آووگادرو است. با استفاده از رابطه پلانک بین انرژی متوسط ​​یک نوسانگر و چگالی انرژی حجمی که در تابش تعادل با آن است:

که در آن EN میانگین انرژی نوسانگر فرکانس v، L سرعت نور، ρ چگالی حجم انرژی تابش است، انیشتین معادله را می نویسد:

از آن، او چگالی انرژی حجمی را پیدا می کند:

انیشتین می نویسد: «این رابطه که در شرایط تعادل دینامیکی یافت می شود، نه تنها با تجربه در تضاد است، بلکه بیان می کند که در تصویر ما هیچ گونه بحثی از توزیع بی ابهام انرژی بین اتر و ماده وجود ندارد.» در واقع، کل انرژی تابش بی نهایت است:

نتیجه مشابهی در همان سال 1905 به طور مستقل توسط ریلی و ژان به دست آمد. آمار کلاسیک منجر به قانون تابش می شود که در تضاد شدید با آزمایش است. این دشواری را "فاجعه فرابنفش" نامیده اند.

انیشتین اشاره می کند که فرمول پلانک:

طول موج‌های بلند و چگالی تشعشعات بالا را به فرمولی که پیدا کرد می‌پردازد:

انیشتین تأکید می کند که مقدار عدد آووگادرو با مقداری که به روشی دیگر یافت می شود مطابقت دارد. با عطف به قانون وین، که به خوبی برای مقادیر زیاد ν/T توجیه می شود، انیشتین عبارتی برای آنتروپی تابش به دست می آورد:

"این برابری نشان می دهد که آنتروپی تابش تک رنگ با چگالی به اندازه کافی کم به اندازه آنتروپی یک گاز ایده آل یا یک محلول رقیق به حجم بستگی دارد."

بازنویسی این عبارت به صورت:

و مقایسه آن با قانون بولتزمن:

S-S0= (R/N) lnW،

انیشتین عبارتی برای احتمال اینکه انرژی تابش در حجم V0 در بخشی از حجم V متمرکز شود پیدا می کند:

سه گزینه تولید نور

اساساً سه راه برای تولید نور وجود دارد: تشعشع حرارتی، تخلیه گاز با فشار بالا و پایین.

· تابش حرارتی - تابش یک سیم گرم شده تا حداکثر دما در طول عبور جریان الکتریکی. نمونه، خورشید با دمای سطحی 6000 کلوین است. بهترین عنصر مناسب برای این، تنگستن است، با بالاترین نقطه ذوب در میان فلزات (3683 کلوین).

مثال: لامپ های رشته ای و هالوژنی با تابش حرارتی تغذیه می شوند.

· تخلیه قوس گاز در یک ظرف شیشه ای دربسته پر از گازهای بی اثر، بخارات فلزی و عناصر خاکی کمیاب هنگام اعمال ولتاژ ظاهر می شود. درخشش های حاصل از پرکننده های گازی رنگ نور مورد نظر را می دهد.

مثال: لامپ های جیوه، متال هالید و سدیم به دلیل تخلیه قوس گازی کار می کنند.

فرآیند فلورسنت تحت عمل تخلیه الکتریکی، بخارات جیوه پمپ شده به یک لوله شیشه ای شروع به انتشار پرتوهای ماوراء بنفش نامرئی می کنند که با افتادن بر روی فسفر رسوب شده در سطح داخلی شیشه، به نور مرئی تبدیل می شود.

مثال: لامپ های فلورسنت، لامپ های فلورسنت فشرده با فرآیند فلورسنت تغذیه می شوند.

26) آنالیز طیفی - مجموعه ای از روش ها برای تعیین ترکیب عنصری و مولکولی و ساختار مواد توسط طیف آنها. با کمک S.<а. определяют как осн. компоненты, составляющие 50- 60% вещества анализируемыхобъектов, так и незначит. примеси в них (до и менее). С. а. - наиб. распространённый аналитич. метод, св. 20- 30% всеханализов выполняется с помощью этого метода, в т. ч. контроль состава сплавовв металлургии, автомоб. и авиац. пром-сти, технологии переработки руд, <анализ экологич. объектов и материалов высокой чистоты, хим., биол. и мед. <исследования. Особо важное значение С. а. имеет при поисках полезных ископаемых.

اساس S.a طیف‌سنجی اتم‌ها و مولکول‌ها است. بر اساس اهداف تجزیه و تحلیل و انواع طیف ها طبقه بندی می شود. در اتمی S. و. (ASA) ترکیب عنصری نمونه‌ها را توسط طیف‌های نشر و جذب اتمی (یونی) تعیین می‌کند. در S. مولکولی و. (ISA) - ترکیب مولکولی یک ماده با توجه به طیف مولکولی جذب، گسیل، بازتاب، لومینسانس و پراکندگی رامان نور. انتشار S. a. با توجه به طیف انتشار اتم ها، یون ها و مولکول های برانگیخته انجام می شود. جذب S. a. با توجه به طیف جذب اجسام مورد تجزیه و تحلیل انجام می شود. در S.a. اغلب چندگانه را با هم ترکیب می کنند<спектральных методов, а также применяют др. аналитич. методы, что расширяетвозможности анализа. Для получения спектров используют разл. типы спектральныхприборов в зависимости от целей и условий анализа. Обработка эксперим. <данных может производиться на ЭВМ, встроенных в спектральный прибор. تحلیل طیفی اتمیدو اساسی وجود دارد نوع اتمی الف - انتشار اتمی (AESA) و جذب اتمی (AAA). تجزیه و تحلیل طیفی گسیل اتمی بر اساس وابستگی 1 =f(c) شدت 1 خط طیفی گسیل (گسیل) عنصر تعیین شده x به غلظت آن در جسم مورد تجزیه و تحلیل است: جایی که احتمال انتقال کوانتومی از حالت q به حالت p است، n q غلظت اتم ها در حالت q در منبع تابش (ماده مورد مطالعه)، فرکانس انتقال کوانتومی است. اگر تعادل ترمودینامیکی موضعی در ناحیه تابش برقرار باشد، غلظت الکترون p e 14 -10 15 و توزیع سرعت آنها ماکسولین است.<то که در آن n a غلظت اتم های تحریک نشده عنصر تعیین شده در ناحیه تابش است، g q وزن آماری حالت q است، Z مجموع آماری روی حالات q است، و سطح انرژی تحریک q. بنابراین، غلظت مورد نظر n a f-tion دما است که عملاً نمی توان آن را به شدت کنترل کرد. بنابراین، معمولاً شدت تحلیل را اندازه گیری کنید. خطوط نسبت به یک قسمت خاص<стандарта, присутствующего в анализируемом объекте в известной концентрацииn ст. Если стандартная линия близка к аналитической, то (K - постоянная величина). Эта зависимость используется в С. а. в тех случаях, <когда отсутствует самообращение используемых линий.

در AESA از آنها به صورت اصلی استفاده می شود. ابزارهای طیفی با ثبت عکس (طیف نگار) و فوتوالکتریک. ثبت (کوانتومتر). تابش نمونه مورد مطالعه با استفاده از یک سیستم عدسی به شکاف ورودی دستگاه هدایت می شود، روی یک دستگاه پخش کننده (منشور یا توری پراش) می افتد و پس از تک رنگ شدن، توسط یک سیستم عدسی در صفحه کانونی متمرکز می شود. صفحه عکاسی یا سیستم شکاف های خروجی (کوانتومتر) قرار دارد که در پشت آن فتوسل یا فتومولتیپلایر نصب شده است. هنگام عکاسی، شدت خطوط با چگالی سیاه شدن S تعیین می شود که توسط میکروفتومتر اندازه گیری می شود: جایی که p به اصطلاح است. ثابت شوارتزشیلد، - فاکتور کنتراست؛ t - زمان قرار گرفتن در معرض. در AESA ماده مورد مطالعه باید در حالت گاز اتمی باشد.<Обычно атомизация и возбуждение атомов осуществляются одновременно - висточниках света. Для анализа металлов, сплавов и др. проводников чащевсего используют дуговой разряд или искровой разряд,гдев качестве электродов служат сами анализируемые пробы. Дуговой разряд применяетсяи для анализа непроводящих веществ. В этом случае порошкообразную пробупомещают в углубление в графитовом электроде (метод испарения) или с помощьюразл. устройств вводят порошок в плазму дугового разряда между горизонтальнорасположенными графитовыми электродами. Применяется также введение порошкообразныхпроб в дуговые плазмотроны. При АЭСА растворов в качестве источников возбуждающего света применяютпламя горючих газов (смеси ацетилен - кислород, ацетилен - закись азотаи др.). В качестве источников света начали использовать также безэлектродныйразряд и особенно индуктивносвязанную плазму. Во всех случаях растворв виде аэрозоля потоком аргона вводят в зону возбуждения спектра (темп-ра2500-3000 К в пламенах и 6000- 10000 К в плазме разряда), где происходитвысушивание, испарение и атомизация аэрозоля. Процесс атомизации в методах АЭСА обычно носит термич. характер, чтопозволяет сделать нек-рые обобщения. В реальных условиях, учитывающих кинетикупроцесса, для частиц, находящихся в зоне с темп-рой ТT кип (T кип - темп-pa кипения), зависимость кол-ва испарившихсячастиц от времени описывается ур-нием: در جایی که r شعاع ذره است، D ضریب آن است. انتشار، - کشش سطحی محلول، p - فشار بخار اشباع، M - مول. جرم، - چگالی. با استفاده از این معادله می توانید مقدار ماده تبخیر شده در طول زمان t را پیدا کنید.

اگر در این مورد مولکول از عناصر n 1 و n 2 تشکیل شده باشد، می توان درجه اتمیزه شدن را از معادله محاسبه کرد: جایی که M 1 و M 2 در آن قرار دارند. جرم عناصر n 1 و n 2 ; Z 1 و Z 2 - آماری.<суммы по состояниям этих элементов, M МОЛ - мол. массаатомизирующейся молекулы, Z 3 - статистич. сумма по еёсостояниям, -энергия диссоциации молекулы. Такого типа расчёты позволяют найти концентрациюатомов определяемого элемента п а в ур-нии (2) и определитьеё связь с интенсивностью аналитич. линии. Необходимость учитывать взаимодействиеопределяемого элемента с окружающей средой, др. компонентами анализируемоговещества, ионизацию атомов определяемого элемента и др. эффекты значительноусложняет картину испарения и атомизации исследуемого вещества. С цельюоблегчения С. а. создаются спец. программы расчёта на ЭВМ достаточно сложныхреакций в газовой и конденсированных фазах при заданных темп-ре идавлении. В источниках излучения чаще всего не соблюдается термодинамич. равновесие, <поэтому эти расчёты могут использоваться лишь при выборе оптим. условийанализа. В АЭСА применяют эмпирич. метод, заключающийся в эксперим. построениианалитич. ф-ции с помощью серии стандартных образцов анализируемого материала с заранееточно известными содержаниями определяемого элемента. Такие образцы либоизготовляют специально, либо заранее в неск. образцах устанавливают концентрациюэтого элемента точными методами. Измеряя затем аналитич. сигнал , находят содержание определяемого элемента в пробе. Структура и физ.-хим. свойства анализируемого и стандартного объектовмогут оказаться неадекватными (различны, напр., условия парообразованиястепени атомизации, условий возбуждения). Эти различия приходится учитыватьпри С. а. В таких случаях используют метод факторного статистич. планированияэксперимента. В результате экспериментов получают т. н. ур-ния регрессии, <учитывающие влияние на интенсивность аналитич. линий концентраций всехэлементов, составляющих пробу, и устанавливают концентрацию анализируемогоэлемента с помощью этих ур-ний. Совр. многоканальные квантометры позволяютодновременно измерять интенсивность большого числа спектральных линий. <На основе этих эксперим. данных с помощью ЭВМ можно решать довольно сложныеслучаи анализа, однако за счёт измерения неск. линий случайная погрешностьопределения С. возрастает. Атомно-абсорбционный анализ (ААА) основан на зависимости аналитич. сигнала(абсорбционности) (где - интенсивности падающего и прошедшего сквозь образец света) от концентрации(Бугера- Ламберта - Берa закон): где k v - коэф. поглощения на частоте v, l - эфф. <длина светового пути в области поглощения, п - концентрация атомованализируемого элемента в парах. Схема установки ААА включает: независимый источник излучения света счастотой v, равной частоте аналитич. линии определяемого элемента; атомизатор, <преобразующий пробу в атомарный пар; спектрофотометр. Свет, прошедший сквозьатомный пар, системой линз направляется на входную щель спектрофотометра, <интенсивность аналитич. спектральной линии на выходе регистрируется фотоэлектрич. методом. Поскольку естественнаяширина спектральной линии, постоянна, зависит только от времени жизнивозбуждённого состояния и обычно пренебрежимо мала, разница контуров линиииспускания и поглощения определяется в осн. допплеровским и лоренцевским уширениями: (در اینجا p فشار است، c سرعت نور، m اتمی است، M جرم مولکولی است، سطح مقطع برخوردهایی است که منجر به انبساط می شود، K ثابت است).T. بنابراین، عرض خطوط خطوط جذب و انتشار بسته به فشار، دما و ترکیب فاز گاز در منبع تابش و در سلول جاذب می تواند متفاوت باشد که بر شکل عملکرد تأثیر می گذارد و ممکن است منجر شود. به نتایج مبهم S.a. تا حدی می توان با روش های نسبتاً پیچیده این را از بین برد. در روش والش از لامپ‌هایی با کاتد توخالی (HPC) استفاده می‌شود که خطوط طیفی بسیار باریک‌تر از خطوط جذب اتم‌های عناصر تعیین‌شده در سلول‌های جاذب معمولی منتشر می‌کنند. در نتیجه، وابستگی در محدوده نسبتاً گسترده ای از مقادیر A (0-0.3) یک تابع خطی ساده است. به عنوان اتمیزر در AAA از decomp استفاده کنید. شعله های آتش بر اساس مخلوط هیدروژن - اکسیژن، استیلن - هوا، استیلن - اکسید نیتروژن، و غیره. یک آئروسل از محلول نمونه دمیده شده به شعله سوزان تجزیه و تحلیل می شود. شدت و I 0 نور عبور داده شده از طریق شعله در حین عرضه آئروسل و بدون آن به طور متوالی اندازه گیری می شود. در مدرن ابزار، اندازه گیری خودکار است. در برخی موارد، فرآیندهای تبخیر و متعاقب آن اتمیزه شدن نمونه به دلیل دمای پایین شعله ها (T ~ 3000 K) در فاز گاز به طور کامل انجام نمی شود. فرآیندهای تبخیر ذرات آئروسل و درجه اتمیزه شدن در شعله نیز به شدت به ترکیب شعله (نسبت سوخت و اکسید کننده) و همچنین به ترکیب محلول آئروسل بستگی دارد. تکرارپذیری تحلیلی خوب با استفاده از منبع CLP که تابش آن بسیار پایدار است و با انجام فرآیندهای تبخیر و اتمیزه شدن در شعله می توان سیگنال (در بهترین حالت Sr 0.01-0.02 است) به دست آورد.

27) عرض طبیعی خط انتشار. گسترش داپلر خط انتشار در محیط گازی.عرض طبیعی خط طیفی-عرض خط طیفی به دلیل انتقال کوانتومی خود به خودی یک سیستم کوانتومی ایزوله (اتم، مولکول، هسته و غیره). E. w. با. ل تماس گرفت همچنین تشعشع عرض مطابق با اصل عدم قطعیت، سطوح هیجان زده است منانرژی های یک سیستم کوانتومی که طول عمر محدودی دارند t من، شبه گسسته هستند و دارای عرض محدود (کوچک) هستند (به عرض سطح مراجعه کنید). من (یک ik- احتمال انتقال به سطح k;ضرایب انیشتین را ببینید) اگر سطح انرژی j که سیستم کوانتومی از آن عبور می کند نیز برانگیخته شود، آنگاه E. sh. با. ل برابر است با (G من+G j). احتمال dwijانتشار فوتون در محدوده فرکانس د w در انتقال i-j توسط f-loy تعیین می شود: برای خطوط تشدید کننده اتم ها و یون ها، E. sh. با. ل برابر است با: جایی که f ij- قدرت نوسان ساز انتقال i-j، در مقایسه با فرکانس انتقال w بسیار کوچک است ij: h/w ij~ a 3 (z + 1) 2 (در اینجا a \u003d 1/137 ثابت ساختار ظریف است، z تعدد بار یون است). خطوط ممنوعه به خصوص عرض کمی دارند. عرض خط طبیعی کلاسیک. نوسان ساز با شارژ ه، جرم تیو صاحب فرکانس w 0 برابر است با: Г= 2еw 2 0 /3ms 3 . تابش - تشعشع میرایی همچنین منجر به تغییر بسیار کوچک حداکثر خط به سمت فرکانس های پایین تر ~ Г 2 / 4w 0 می شود. انتقالات کوانتومی خود به خودی که عرض محدود سطوح انرژی و E. sh. با. l.، همیشه با گسیل فوتون ها اتفاق نمی افتد. گسترش داپلر خط طیفی.این گسترش با اثر داپلر، به عنوان مثال، با وابستگی فرکانس تابش مشاهده شده به سرعت تابشگر همراه است. اگر منبعی که تابش تک رنگ با فرکانس در حالت ساکن ایجاد می کند با سرعتی به سمت ناظر حرکت کند به طوری که سرعت پیش بینی در جهت مشاهده باشد، ناظر فرکانس تابش بیشتری را ثبت می کند. که در آن c سرعت فاز انتشار موج است. 0 - زاویه بین جهت سرعت ساطع کننده و مشاهده. در سیستم های کوانتومی، منابع تابش اتم ها یا مولکول ها هستند. در یک محیط گازی در تعادل ترمودینامیکی، سرعت ذرات بر اساس قانون ماکسول-بولتزمن توزیع می شود. بنابراین، شکل خط طیفی کل ماده با این توزیع همراه خواهد بود. در طیف ثبت شده توسط ناظر، باید مجموعه ای پیوسته از ذرات وجود داشته باشد، زیرا اتم های مختلف با سرعت های متفاوتی نسبت به ناظر حرکت می کنند. تنها با در نظر گرفتن پیش بینی های سرعت در توزیع ماکسول-بولتزمن، می توانیم عبارت زیر را برای شکل خط طیفی داپلر به دست آوریم: این وابستگی یک تابع گاوسی است. عرض خط مربوط به مقدار. با افزایش جرم ذرات M و کاهش دمای T، عرض خط کاهش می یابد. به دلیل اثر داپلر، خط طیفی کل ماده با خط طیفی یک ذره منطبق نیست. خط طیفی مشاهده شده یک ماده، برهم نهی خطوط طیفی همه ذرات ماده است، یعنی خطوطی با فرکانس های مرکزی متفاوت. برای ذرات سبک در دمای معمولی، عرض خط داپلر در محدوده نوری می تواند از عرض خط طبیعی با چندین مرتبه بزرگی بیشتر شود و به مقادیر بیش از 1 گیگاهرتز برسد. فرآیندی که در آن شکل خط طیفی کل ماده با شکل خط طیفی هر ذره منطبق نباشد، گسترش ناهمگن خط طیفی نامیده می شود. در مورد مورد بررسی، دلیل گسترش ناهمگن اثر داپلر بود. شکل خط طیفی داپلر با تابع گاوسی توصیف می شود. اگر توزیع سرعت ذرات با سرعت ماکسولین متفاوت باشد، شکل خط طیفی داپلر نیز با تابع گاوسی متفاوت خواهد بود، اما انبساط ناهمگن باقی می‌ماند.

28 لیزرها: اصول عملکرد، ویژگی های اصلی و کاربردها

لیزر منبع نور منسجم تک رنگ با پرتو نور بسیار هدایت کننده است.

فرآیند فیزیکی اصلی که عملکرد لیزر را تعیین می کند، انتشار تحریک شده تشعشع است. زمانی اتفاق می‌افتد که یک فوتون با یک اتم برانگیخته تعامل می‌کند، زمانی که انرژی فوتون دقیقاً با انرژی برانگیختگی اتم (یا مولکول) منطبق باشد.

در نتیجه این فعل و انفعال، اتم به حالت تحریک نشده می رود و انرژی اضافی به شکل فوتون جدیدی با همان انرژی، جهت انتشار و قطبش فوتون اولیه ساطع می شود. بنابراین، پیامد این فرآیند وجود دو فوتون کاملاً یکسان است. با برهمکنش بیشتر این فوتون ها با اتم های برانگیخته مشابه اتم اول، یک "واکنش زنجیره ای" تولید مثل فوتون های یکسان "پرواز" دقیقاً در همان جهت می تواند رخ دهد که منجر به ظهور یک پرتو نور با جهت باریک می شود. برای ظهور بهمنی از فوتون‌های یکسان، به محیطی نیاز است که در آن اتم‌های برانگیخته‌تر از اتم‌های تحریک‌نشده وجود داشته باشد، زیرا وقتی فوتون‌ها با اتم‌های تحریک‌نشده برهم‌کنش می‌کنند، فوتون‌ها جذب می‌شوند. چنین محیطی را محیطی با جمعیت معکوس سطوح انرژی می نامند.

لیزرها کاربرد وسیعی یافته اند و به ویژه در صنعت برای انواع مختلف پردازش مواد از جمله فلزات، بتن، شیشه، پارچه، چرم و غیره استفاده می شود.

فرآیندهای تکنولوژیکی لیزر را می توان به طور مشروط به دو نوع تقسیم کرد. اولین آنها از امکان فوکوس بسیار ظریف پرتو لیزر و دوز دقیق انرژی، هم در حالت پالسی و هم در حالت پیوسته استفاده می کند. در چنین فرآیندهای تکنولوژیکی، لیزرهایی با توان متوسط ​​نسبتاً کم استفاده می شود: این لیزرهای گازی با عملکرد پالسی-تناوبی هستند. با کمک دومی، فناوری حفر سوراخ‌های نازک در سنگ‌های یاقوت و الماس برای صنعت ساعت و فناوری ساخت قالب‌ها برای کشیدن سیم نازک توسعه یافت. زمینه اصلی کاربرد لیزرهای پالسی کم توان با برش و جوشکاری قطعات مینیاتوری در میکروالکترونیک و صنعت الکترووکیوم با علامت گذاری قطعات مینیاتوری، سوزاندن خودکار اعداد، حروف و تصاویر برای نیازهای صنعت چاپ مرتبط است.

نوع دوم فناوری لیزر مبتنی بر استفاده از لیزرهایی با توان متوسط ​​بالا است: از 1 کیلو وات و بالاتر. لیزرهای قدرتمند در فرآیندهای فناوری انرژی بر مانند برش و جوشکاری ورق های فولادی ضخیم، سخت شدن سطح، هدایت و آلیاژسازی قطعات بزرگ، تمیز کردن ساختمان ها از آلودگی های سطحی، برش سنگ مرمر، گرانیت، برش پارچه، چرم و سایر مواد استفاده می شود. در جوشکاری لیزری فلزات کیفیت درز بالایی حاصل می شود و مانند جوشکاری با پرتو الکترونی نیازی به استفاده از محفظه خلاء نیست و این امر در تولید نوار نقاله بسیار مهم است.

فناوری لیزر قدرتمند در مهندسی مکانیک، صنعت خودروسازی و صنعت مصالح ساختمانی کاربرد پیدا کرده است. این نه تنها کیفیت پردازش مواد را بهبود می بخشد، بلکه باعث بهبود شاخص های فنی و اقتصادی فرآیندهای تولید نیز می شود.

لیزرهای گازی شاید پرکاربردترین نوع لیزر امروزی باشند و شاید از این نظر حتی از لیزرهای یاقوتی پیشی بگیرند. در میان انواع مختلف لیزرهای گازی، همیشه می توان لیزری را یافت که تقریباً هر نیازی را برای لیزر برآورده کند، به استثنای توان بسیار بالا در ناحیه مرئی طیف در حالت پالسی. توان های بالا برای بسیاری از آزمایش ها در مطالعه خواص نوری غیرخطی مواد مورد نیاز است.

ویژگی های لیزرهای گازی بیشتر به این دلیل است که معمولاً آنها منابع طیف اتمی یا مولکولی هستند. بنابراین، طول موج های انتقال به طور دقیق مشخص است، آنها توسط ساختار اتمی تعیین می شوند و معمولاً به شرایط محیطی بستگی ندارند.

لیزرهای نیمه هادی - نمونه اصلی عملکرد لیزرهای نیمه هادی یک دستگاه ذخیره سازی مغناطیسی نوری (MO) است.

30 . رزوناتورهای نوری را باز کنید. حالت های طولی حالت های عرضی پایداری پراش

در سال 1958 پروخوروف A.M. (اتحاد جماهیر شوروی) و به طور مستقل R. Dicke، A. Shavlov، Ch. Towns (ایالات متحده آمریکا) ایده امکان استفاده از تشدید کننده های باز در محدوده نوری به جای تشدید کننده های حفره را اثبات کردند. چنین تشدید کننده هاتماس گرفت نوری بازیا به سادگی نوری، L >> l

اگر m = n = const، پس

مجموعه حاصل از فرکانس های تشدید متعلق به به اصطلاح طولی(یا محوری) روش. حالت های محوری نوساناتی هستند که به شدت در امتداد محور نوری تشدید کننده منتشر می شوند. بالاترین کیفیت را دارند. حالت های طولی تنها در فرکانس و توزیع میدان در امتداد محور Z با یکدیگر متفاوت هستند (یعنی تفاوت بین فرکانس های مجاور ثابت است و فقط به هندسه حفره بستگی دارد)

حالت‌های با شاخص‌های مختلف m و n در توزیع میدان در صفحه عمود بر محور تشدیدگر متفاوت خواهند بود، یعنی. در جهت عرضی.بنابراین نامیده می شوند عرضی(یا غیر محوری) مدها. برای حالت های عرضی که در شاخص های m و n متفاوت هستند، ساختار میدان به ترتیب در جهت محورهای x و y متفاوت خواهد بود.

اختلاف فرکانس حالت های عرضی با شاخص های m و n که با 1 تفاوت دارند برابر است با:

را می توان به صورت زیر نشان داد:

که در آن NF عدد فرنل است، .

هر حالت عرضی مربوط به تعداد بی نهایت حالت طولی است که در شاخص g متفاوت است.

حالت هایی که با شاخص های m و n یکسان، اما g متفاوت مشخص می شوند، تحت نام کلی حالت های عرضی ترکیب می شوند. نوسان مربوط به g معین را حالت طولی مربوط به حالت عرضی داده شده می نامند.

در تئوری تشدیدگرهای باز، مرسوم است که حالت‌های منفرد را به عنوان TEMmnq تعیین می‌کنند که m، n شاخص‌های عرضی مد و g شاخص طولی است. نام TEM با عبارت انگلیسی Transvers Electromagnetic (نوسانات الکترومغناطیسی عرضی که دارای برجستگی ناچیزی از بردارهای E و H در محور Z هستند) مطابقت دارد. از آنجایی که عدد g بسیار بزرگ است، اغلب شاخص g حذف می شود و حالت های حفره TEMmn نشان داده می شوند. هر نوع حالت عرضی TEMmn دارای ساختار میدانی خاصی در مقطع تشدید کننده است و ساختار نقطه نور خاصی را روی آینه های تشدید کننده تشکیل می دهد (شکل 1.8). بر خلاف تشدید کننده حفره، حالت های باز را می توان به صورت بصری مشاهده کرد.

تلفات پراش حالت های واقعی به دلیل این واقعیت است که در طی گذرهای متعدد تابش بین آینه ها یک انتخاب "طبیعی" از حالت هایی وجود دارد که در آن حداکثر دامنه میدان در مرکز آینه ها قرار دارد. بنابراین، در حضور تلفات پراش، حالت های واقعی نمی توانند در یک تشدیدگر باز وجود داشته باشند. پیکربندی های ثابت میدان الکترومغناطیسی مانند امواج ایستاده، مشابه آنچه در تشدید کننده حفره وجود دارد. با این حال، تعداد معینی از حالت‌های نوسان وجود دارد که تلفات پراش پایینی دارند (که گاهی اوقات به آنها حالت‌های شبه مد یا حالت‌های حفره باز می‌گویند). میدان این نوسانات (حالت ها) در نزدیکی محور تشدیدگر متمرکز شده و عملاً در نواحی پیرامونی آن به صفر می رسد.

31 ترکیب حالت تابش ژنراتورهای لیزری. حالت های عملیاتی لیزرهای حالت جامد

ترکیب حالت تشعشع به طور قابل توجهی به طراحی و ابعاد تشدیدگر بستگی دارد. لیزر نیمه هادی و همچنین به بزرگی قدرت تابش لیزر نیمه هادی یک خط طیفی باریک از خود ساطع می کند که با افزایش قدرت تابش در صورت تپش و جلوه های چند حالته ظاهر نمی شوند. باریک شدن خط توسط نوسانات فاز به دلیل انتشار خود به خود محدود می شود. تکامل طیف انتشار با افزایش قدرت در تزریق. لیزر در شکل نشان داده شده است. 7. در حالت تک فرکانس، باریک شدن خط طیفی به هرتز مشاهده می شود. دقیقه مقدار پهنای خط در یک لیزر نیمه هادی با تثبیت حالت تک فرکانس با استفاده از یک خروجی انتخابی. رزوناتور 0.5 کیلوهرتز است. در لیزر نیمه هادی می توان با مدولاسیون پمپ، مدولاتورها را به دست آورد. تابش، به عنوان مثال به شکل پالس های سینوسی با فرکانس در برخی موارد به 10-20 گیگاهرتز یا به صورت پالس های فرابنفش با مدت زمان زیرپیکی ثانیه.اطلاعات با استفاده از لیزر نیمه هادی مخابره شد. با سرعت 2-8 گیگابیت بر ثانیه.

لیزر حالت جامد- لیزری که در آن از یک ماده در حالت جامد به عنوان یک محیط فعال استفاده می شود (بر خلاف گازهای لیزرهای گازی و مایعات در لیزرهای رنگی).

طرح های کار مواد فعال لیزرهای حالت جامد به سه و چهار سطح تقسیم می شود. با توجه به اینکه کدام یک از طرح ها این عنصر فعال کار می کند با تفاوت انرژی بین سطوح کار اصلی و پایین قضاوت می شود. هر چه این اختلاف بیشتر باشد، دماهای بالاتری ممکن است تولید کارآمد باشد. به عنوان مثال، حالت پایه یون Cr3+ با دو سطح فرعی مشخص می شود که فاصله بین آنها 0.38 سانتی متر-1 است. با چنین تفاوتی در انرژی‌ها، حتی در دمای هلیوم مایع (~ 4K)، جمعیت زیرسطح بالایی فقط ~13 درجه / 0 کمتر از سطح پایین‌تر است، یعنی آنها به یک شکل اشغال می‌شوند و بنابراین، یاقوت یک ماده فعال با طرح سه سطحی در هر درجه حرارت است. برای یون نئودیمیم، سطح لیزر پایین‌تر برای تشعشع در = 1.06 میکرومتر، 2000 سانتی‌متر-1 بالاتر از لیزر اصلی قرار دارد. حتی در دمای اتاق، یون‌های نئودیمیم در سطح پایین‌تر 1.4 تا 104 برابر کمتر از سطح اصلی هستند و عناصر فعالی که از نئودیمیم به عنوان فعال‌کننده استفاده می‌کنند، طبق یک طرح چهار سطحی عمل می‌کنند.

لیزرهای حالت جامد می توانند در حالت های پالسی و پیوسته کار کنند. دو حالت عملکرد پالسی لیزرهای حالت جامد وجود دارد: حالت آزاد و حالت سوئیچ Q. در رژیم کار آزاد، مدت زمان پالس تابش عملاً برابر با مدت زمان پالس پمپ است. در رژیم سوئیچ Q، مدت زمان پالس بسیار کمتر از مدت زمان پالس پمپ است.

32) اپتیک غیرخطی - بخشی از اپتیک که مجموع پدیده های نوری مشاهده شده در طول برهمکنش میدان های نوری با ماده ای را مطالعه می کند که پاسخ غیرخطی بردار قطبش P به بردار شدت میدان الکتریکی E موج نور دارد. در بیشتر مواد، این غیرخطی بودن فقط در شدت نور بسیار بالا مشاهده می شود که با لیزر به دست می آید. اگر احتمال آن با توان اول شدت تشعشع متناسب باشد، مرسوم است که هم برهمکنش و هم خود فرآیند را خطی در نظر بگیریم. اگر این درجه بزرگتر از یک باشد، هم تعامل و هم فرآیند غیرخطی نامیده می شوند. بنابراین، اصطلاحات اپتیک خطی و غیرخطی به وجود آمد. ظاهر اپتیک غیر خطیبا توسعه لیزرهایی مرتبط است که می توانند نور با میدان الکتریکی بزرگ، متناسب با قدرت میدان میکروسکوپی در اتم ها تولید کنند. دلایل اصلی ایجاد تفاوت در اثر تابش با شدت بالا از تابش کم شدت بر روی ماده: در شدت تابش بالا، نقش اصلی را فرآیندهای چند فوتونی ایفا می کنند، زمانی که چندین فوتون در یک عمل اولیه جذب می شوند. در شدت تابش بالا، اثرات خود کنشی ایجاد می شود که منجر به تغییر در خواص اولیه ماده تحت تأثیر تابش می شود. یکی از رایج ترین فرآیندهای تغییر فرکانس استفاده می شود نسل دوم هارمونیک. این پدیده اجازه می دهد تا خروجی لیزر Nd:YAG (1064 نانومتر) یا لیزر یاقوت کبود دوپ شده با تیتانیوم (800 نانومتر) به ترتیب در 532 نانومتر (سبز) یا 400 نانومتر (بنفش) به نور مرئی تبدیل شود. در عمل، برای اجرای دو برابر کردن فرکانس نور، یک کریستال نوری غیرخطی در پرتو خروجی تابش لیزر نصب می‌شود که به روشی کاملاً تعریف شده جهت‌گیری شده است.

33) پراکندگی نور - پراکندگی امواج الکترومغناطیسی در محدوده مرئی در طول تعامل آنها با ماده. در این مورد، تغییری در توزیع فضایی، فرکانس، قطبش تابش نوری وجود دارد، اگرچه پراکندگی اغلب تنها به عنوان تبدیل توزیع زاویه ای شار نور درک می شود. بگذار و باشد فرکانس های حادثه و نور پراکنده. سپس اگر - پراکندگی الاستیک اگر - پراکندگی غیر ارتجاعی - پراکندگی استوکس - پراکندگی ضد استوکس نور پراکنده اطلاعاتی در مورد ساختار و دینامیک مواد ارائه می دهد. پراکندگی ریلی- پراکندگی منسجم نور بدون تغییر طول موج (که پراکندگی الاستیک نیز نامیده می شود) بر روی ذرات، ناهمگنی ها یا اجسام دیگر، زمانی که فرکانس نور پراکنده به طور قابل توجهی کمتر از فرکانس طبیعی جسم یا سیستم پراکنده باشد. فرمول معادل: پراکندگی نور توسط اجسام کوچکتر از طول موج آن. مدل برهمکنش با اسیلاتور رامان پراکندگی نور در طیف تابش پراکنده، خطوط طیفی ظاهر می شود که در طیف نور اولیه (هیجان انگیز) وجود ندارد. تعداد و محل خطوط ظاهر شده توسط ساختار مولکولی ماده تعیین می شود. بیان شدت تابش جایی است که P گشتاور دوقطبی القایی است که به عنوان ضریب تناسب تعریف می شود. α در این معادله قطبش پذیری مولکول نامیده می شود. موج نور را به عنوان یک میدان الکترومغناطیسی با شدت در نظر بگیرید Eبا فرکانس نوسان ν 0 : جایی که E0- دامنه، الف تی- زمان.