От другата страна на кванта

Желязо, както и всяко вещество, съставен от атоми. Ако единия край на старо желязо стик във фурната, тя е, разбира се, тя започва да се загрява. От гледна точка на кинетичната теория на това означава, че железните атоми започват да се движат по-бързо (това може да се намери чрез докосване с пръсти на другия край на скрапа). Така топлина е енергията на преместване атома. Все пак, това не е всичко.

Нагряването на скрапа, се наблюдава поразително феномен: с повишаване на температурата в пещта постепенно се променя цвета на нагрява желязо от череша червен до заслепяване бяло. И сега това е невъзможно да се откаже не само докосване, но също така и само за да се доближи. Последният вече не ясно дали използването само на представяне на движението на атома; В действителност, ние не докосвайте скрап железни атоми не удари по ръцете ни - защо е станало горещо?

Тук се натъкваме на първата позиция, която предупреди в началото. Ние трябва да се въведе нова концепция, която на пръв поглед няма нищо общо с идеята за атома. Тази концепция - радиация.

Ние казваме: слънчевите лъчи осветяват поляната. Следователно, светлината - тази радиация. Но ние също така да кажа: да се наслаждават на слънцето. Следователно, топлината може да се разпределя под формата на лъчи. Като цяло радиация трябва да правим през цялото време: когато сядаме около лагерния огън, гледане на залеза, завъртете копчето на приемника или направя рентгенова снимка на гърдите. Всички видове лъчения: топлина, светлина, радиовълни и рентгенови лъчи - различните проявления на едно и също електромагнитно излъчване. Въпреки това, ние все още се прави разлика между видовете емисии не само качествено и субективно, но строго количествени. На какво основание? В електромагнитно излъчване те са много, но сега сме особено важно едно - неговата вълна природата.

Вероятно хиляда и една вълна имоти учебник обясни по-добре и повече от нас сега. Въпреки това, ние все още ги спомням за една и съща причина, че дори и в уважаван академичен речник на чуждите думи поставени разбираеми думи от ежедневието.

"Вълна" -Един от най-необходимите думите на физика.

Всеки тя представлява за себе си по различни начини: една веднага вижда вълните от хвърлен камък в една локва, а другият - синусоида. Тъй като задължително вълна направи по-лесно - да я използват. В този схематичен вълна четири свойства: амплитудата и дължината на вълната - # 955, честотата на # 957 и разпределение на скоростта V на.

Амплитудата на вълната - е най-големият от височината му. Каква е дължината на вълната - става ясно от фигурата. А скоростта на разпространението, както изглежда, не изисква никакви специални обяснения. За да се определи това, което честотата ще следи движението на вълната в рамките на една секунда.

През това време тя се движи на разстояние срещу cm (т.е. скоростта му е о см / сек). Чрез преброяване на броя на дължини на вълните се поберат в този интервал, ние откриваме, честотата на вълната (или светлина): # 957 = обем / # 955.

Най-важното свойство на вълните - способността им да се намесва. Каква е неговата същност?

Признайте си, че възможност: да ви принуди да хвърлят грах в стената, така че тя е доста далеч от тя отскача. Да предположим, че сте били в състояние да го хвърлят в редовни интервали от време, например, така че един квадратен сантиметър от стената в 1 сек. падна 8 грах. Сега нищо против някъде между вас и стената, изберете площ от 1 cm 2 и се преброят на грах, които преминават през нея и в двете посоки. Ясно е, че тя винаги ще бъде равен на 16.

А какво ще стане, ако вълната, отразена от стената?

Обмислете внимателно изготвянето на следващата страница: първата вълна свободно да се разпространява в дясно (A); след това да достигне до стената и отразени (В); но ние не виждаме двете отделни вълни, както и в резултат на добавянето на две вълни: напред и назад. Резултатът зависи от това как вълната влиза в контакт със стената (B). Понякога пада толкова лошо, че напълно се погасява (D, E). Именно тази способност вълни гасят себе си се нарича интерференция. Въз основа на вълната винаги може да бъде точно отличава от поток от частици.

Нова вълна на имот, който го отличава от частиците - дифракция. или, да го кажем просто, способността на вълната да се огъват зад ъгъла, каква частица очевидно не е в състояние. (Трябва да отбележим само, че размерите на пречки да бъдат сравними с дължината на вълната и отново. Ако препятствието е нисък, благодарение на вълната на дифракция може да бъде разделена на две, около него от двете страни, и добавете отново да се гасят по същия начин, както при добавянето на права линия и отразената вълна).

По този начин, намиране на интерференция и дифракция на Х-лъчи и други видове радиация и е установено, че те всички вълни, само на различни дължини. Дължината на вълната на емисията е основният знак, чрез който ние се разграничат видовете електромагнитно излъчване количествено.

Максимална дължина от радиовълни от няколко километра до няколко сантиметра.

В топлина лъч е по-кратък - от 1 см до 10 см -2.

Дори и къса дължина на вълната на видимата светлина, на около 4 • 10 5 - 8 • 10 -5 cm.

Най-късата дължина на вълната на рентгеновите лъчи - 10 -7 10 -9 cm.

Всички тези видове радиация се разпространява със същата скорост - скоростта на светлината с = 3 • Октомври 10 см / сек.

Следователно, съгласно формула # 957 = с / # 955 Много е лесно да се изчисли честотата на всеки вид радиация. Очевидно е, че това ще бъде най-голям, но за радиовълни за рентгенови лъчи - най-ниската.

Важно е да се осъзнае, че, разбира се, всеки радиация - не е синусоида, показано на фигурата, е физически процес. Основните характеристики (например, честота), за щастие, могат да бъдат изразени на езика на такива прости модели.

Всеки вид радиация, което предлага. Съсредоточете се, докато си форма, което е най-важното и познатата ни - от слънчевата радиация. И тъй като това е предмет на същите закони като всякакъв вид радиация, в бъдеще тя ще ни помогне да разберем законите на топлинно излъчване, което не е било толкова важно в историята на квантовата механика.

Както се наслаждават на слънцето, най-вероятно не мисля, че много от това, вълните са неговите лъчи. Понякога, обаче, вие се питате, защо в планината има слънчево изгаряне и защо е невъзможно да се правят слънчеви бани veche-. ром. Isaak Nyuton (1643-1727) е живял в Англия, където слънцето не е твърде много, но все пак той започва да се чуди какво е в слънчевата светлина. След Прага професор по медицина Markusom Марци той сложи опита вече е познато на всеки ученик. J допуснат слънчев лъч през обектива, той я видя на стената на дъга - спектър слънчев лъч.

Всеки цвят от спектъра на дъгата има собствена вълна слънчевата радиация: най-дългите в червено - 7 • 10 -5 cm; в зелено - 5 • 10 -5; в лилаво - 4 • 10 -5. Също видимите лъчи в слънчевия спектър е, разбира се, друга, по-специално инфрачервени лъчи (дължина на вълната им повече от червено) и ултравиолетов (им дължина на вълната е по-кратък виолетово). Следователно, максималната честота на ултравиолетови лъчи и инфрачервена - най-малката.

Относителната яркостта на различни цветове в спектъра варира и зависи от температурата на излъчване на тялото, например, в слънчевата радиация е най-жълти лъчи. По този начин, спектъра на всякакви светлинни представления, от една страна, някои лъчи в нея има и второ, колко от тях има.

Преминавайки през земната атмосфера, лъч светлина променя спектрален състав, защото различните лъчи от слънчевия спектър абсорбира от атмосферата не е същата, по-специално най-силните ултравиолетови лъчи. На планински въздух слой е по-малък дял от UV лъчи повече и затова го изгори възможно най-скоро, отколкото в долината.

Въпреки, че само по себе си този факт е добре известно, ние сме все още напомня за този важен за по-подробно: причинно слънчево изгаряне - ултравиолетови лъчи, то е, че те, а не зелена или червена. Но за да изгори, че е необходимо, във всеки случай, да изразходва малко енергия. Следователно, максималната енергия носят със себе си най-големите вълни - ултравиолетови, инфрачервена и не (въпреки че те се наричат ​​топлина). Това е един много важен резултат.

Така че всяко тяло е съставено от атоми, които ние все още трябва да се представи като топки с диаметър от 10 -8 cm и с различно тегло от 10 до 20 -24 -22, те бързо се движи, вибрира и се сблъскват една с друга, както и техните увеличаване на скоростта с увеличаване на телесната температура. Тази топлинна движение на атомите води до напълно нов феномен: а топлинното излъчване свойства на които все още не са известни.

За да ги намерите, върнете се към железния скрап, който се загрява във фурната. Колкото по-гореща пещта, по-топлината се излъчва скрап. Разбира се, този факт винаги е известен, но Dzhozef Стефан (1835-1893) през 1879 г. емпирично и Лудвиг Болцман Едуард (1844-1906) през 1884 г., теоретично установи количественото право. Установено е, че с увеличаване на общия размер на излъчваната топлина повишава температурата много бързо - като четвъртата власт на абсолютната температура на тялото.

Ами ако вместо скрап в пещта сложи калдъръм, както беше направено по-рано в българските бани? Дали ще е различна от енергията на радиацията на радиация старо желязо? През 1859 г. Густав Кирхоф Робърт е показал, че няма да има, ако температурата на пещта е един и същ и в двата случая. Той се оказа още по-, но да се разбере, че това е нещо, което искате да прекъснете историята и погледнем по-отблизо в потока на радиация, която идва от нагрятата тялото.

Точно както слънчева светлина, този поток не е еднаква. Всяко топлинното излъчване, от една страна, се състои от греди на различни дължини на вълните, и второ, техния принос към общия поток на излъчване е различен. Ако и двете от тези характеристики, знаем, че можем да кажем, че ние знаем, спектрален състав на радиация.

За да се подчертае фактът, че делът на радиация с честота # 957 в общия поток на радиация зависи от температурата Т, формула, която обикновено е писано: U = U (# 957, Т).

Разбира се, ако се променя температурата на тялото, спектрален състав на неговата топлинна радиация също ще варира. Количествените закони на тази промяна, създадена през 1893 г. Vilgelm Вин (1864-1928).

Но дори и при една и съща температура, различни тела излъчват по различен начин. Това се вижда добре, ако се нагреят в тъмното в същото време, например, стомана и камък топки. Скоро стана ясно обаче, че ако вместо плътна топка кух топлина и светлина се наблюдава през малък отвор в стените им, спектрален състав на лъчението не зависи от материалния свят. Такъв спектър наречен спектъра.

Произходът на тази необичайна име е лесно да се разбере. Представете си, че вие ​​не загрява купата, а напротив, тя запали отвън. Вие винаги ще видите една черна дупка, независимо от материалната сфера. Тъй като всички лъчи, хванати в капан вътре в кухината, има многократно отразена и почти не излизат навън.

Две еднакви по размер топки, камък и стомана, слънцето е много лесно да се направи разграничение - те грее твърде неравно: стоманено топче отразява повече лъчи от камък. Сега, ако тези топки се загрява в тъмното, че е лесно да се провери, че каменната топка излъчва повече от стомана. (Между другото, това е една от причините, поради които баните печеливши да направят изгарянето на горещи камъни, а не стоманени заготовки.)

Именно този строг закон е създадена от Кирхоф през 1759: съотношението на излъчването на органите на абсорбцията им е универсална функция: U = U (# 957, T), независимо от естеството на органи. Спектралният функцията U = U (# 957, T) (и той се нарича така) лежи почти цялата информация за радиационните свойства термично. По-специално, се нагрява цвета на тялото определя вълни, които се излъчват от най-.

Значението на функцията U = U (# 957, T) веднага осъзна, във времена на Кирхоф, но в продължение на 40 години, не е било възможно тя да се намери формула, която правилно описва всички експерименти на топлинното излъчване. Тези опити обаче никога не са спрели: очевидно, търсенето на абсолюта винаги е привлекателно за човешкото съзнание.

В нашата история, ние стигаме до прага на преврата, които направиха физика Макс Планк (1858-1947). Но преди да се обясни същността си, още веднъж, ние отбелязваме една особеност на топлинно излъчване, което ние веднъж спомена: промяна на цвета на телата при нагряване.

Докато температурата на тялото е ниска, той излъчва, но не светят, т.е. той излъчва само топлина и инфрачервени дължини на вълните, които са невидими за окото. Тъй като температурата се увеличава тялото започва да свети, първо червено, след това оранжево, жълто и т.н. Например, когато 6 хиляди градуса по Целзий най излъчва жълта светлина ... Между другото, на тази основа са установили, че това е температурата на повърхността на Слънцето.

Имайте предвид, че в случай на слънчево изгаряне радиация удари, толкова повече енергия, толкова повече му честота. И в този случай? Колкото повече енергия ние изразходвани за загряване на тялото, толкова по-голяма честота на излъчваните вълни. Така че, има някаква връзка между честотата и енергията на лъчението.