Pe de cealaltă parte a cuantumului

Fier, precum și orice substanță compusă din atomi. În cazul în care un capăt al stick-fier vechi în cuptor, acesta este, desigur, ea începe să se încălzească. Din punct de vedere al teoriei cinetice, acest lucru înseamnă că atomii de fier începe să se miște mai repede (acest lucru poate fi găsit prin atingerea cu degetele celălalt capăt al fierului vechi). Astfel, căldura este energia de atomi în mișcare. Cu toate acestea, acest lucru nu este tot.

Încălzirea fierului vechi, observăm un fenomen izbitor: cu creșterea temperaturii în cuptor se schimbă treptat culoarea de fier încălzită de la vișiniu la un alb orbitor. Și acum este imposibil să nu numai resturi atingere, dar, de asemenea, doar pentru a obține aproape. Acestea din urmă nu mai este clar dacă utilizarea doar o reprezentare a mișcării atomilor; Într-adevăr, nu ne-am atins atomii de fier vechi nu a lovit pe mâinile noastre - de ce a devenit fierbinte?

Aici întâlnim prima poziție, care a avertizat la început. Trebuie să introducem un nou concept, care la prima vedere nu are nimic de-a face cu ideea de a atomului. Acest concept - radiații.

Noi spunem: razele soarelui iluminate poienii. Prin urmare, lumina - această radiație. Dar noi spunem, de asemenea: să vă încălziți la soare. În consecință, căldura poate fi distribuit sub forma de raze. În general, o radiație trebuie să facem tot timpul: când vom sta în jurul focului de tabără, uitam de apus de soare, rotiți butonul receptorului sau de a face radiografie toracică. Toate tipurile de radiații: căldură, lumină, undele radio și razele X - diferitele manifestări ale aceleiași radiații electromagnetice. Cu toate acestea, încă mai face distincția între tipurile de emisii, nu numai calitativ și în mod subiectiv, dar strict cantitative. Din ce motive? În radiația electromagnetică sunt multe, dar acum suntem deosebit de important - natura sa val.

Probabil o mie de proprietăți și un val manual explicat mai bine și mai mult decât o facem acum. Cu toate acestea, noi încă le amintesc pentru același motiv pentru care chiar și în dicționar academic respectabil de cuvinte străine plasate cuvinte de zi cu zi de înțeles.

„Wave“ -Una din cuvintele cele mai necesare ale fizicii.

Fiecare reprezintă pentru sine în moduri diferite: una vede imediat valurile dintr-o piatră aruncată într-un iaz, celălalt - o undă sinusoidală. Deoarece undă sinusoidală trage mai ușor - l utilizați. În acest val schematică patru proprietăți: amplitudinea și lungimea de undă - # 955, frecvența # 957 și distribuția vitezei v.

Amplitudinea undei - este cea mai mare din înălțimea sa. Care este lungimea de undă - este clar din figură. O viteza de propagare, aparent, nu are nevoie de nici o explicație specială. Pentru a determina ce frecvența va urma mișcarea valului în termen de o secundă.

În acest timp, ea parcurge o distanță v centimetri (adică viteza sa este v cm / sec). Prin numărarea numărului de lungimi de undă se potrivesc în acest interval, vom găsi frecvența undei (sau lumina): # 957 = v / # 955.

Cea mai importantă proprietate a undelor - capacitatea lor de a interveni. Care este esența ei?

Recunoaste ca oportunitate: de a forța arunca mazăre la perete, astfel încât este destul de departe de ea ricoșează. Să presupunem că ai fost în stare să-l arunce la intervale regulate, de exemplu, astfel încât un centimetru pătrat de perete 1 sec. a scăzut cu 8 mazăre. Acum minte oriunde între tine și perete, pentru a alege o suprafață de 1 cm 2 și contoriza numărul de mazăre care trec prin ea în ambele direcții. Este clar că va fi întotdeauna egal cu 16.

Și ce se va întâmpla în cazul în care unda reflectată de perete?

Luați în considerare cu atenție desen pe pagina următoare: primul val distribuit gratuit la dreapta (A); atunci acesta ajunge la perete și reflectate (B); dar noi nu vedem cele două valuri separate, iar rezultatul a adăuga două valuri: înainte și înapoi. Rezultatul depinde de modul în care vine în contact cu peretele (B) val. Uneori cade atât de rău încât complet în sine se stinge (D, E). Este această abilitate valuri de a stinge în sine se numește interferență. Pe această bază val poate fi întotdeauna distinge cu precizie dintr-un flux de particule.

Un alt val de proprietate care se distinge de particule - difracție. sau, să-l puneți pur și simplu, capacitatea unui val de a îndoi în jurul valorii de colț, ceea ce o particulă nu este în mod clar capabil. (Menționăm doar că dimensiunile obstacole ar trebui să fie comparabile cu lungimea de undă și din nou. Dacă obstacolul este scăzut, datorită valului de difracție poate fi împărțită în două, în jurul valorii de pe două laturi, și se adaugă din nou pentru a se stinge în același mod ca și atunci când adăugați o linie dreaptă și unda reflectată.)

În acest fel, găsirea de interferență și difracție în raze X și alte tipuri de radiații și a constatat că toate acestea valuri, numai de lungimi diferite. Lungimea de undă de emisie este semnul principal prin care distingem tipurile de radiații electromagnetice cantitativ.

Lungimea maximă de unde radio de la câțiva kilometri până la câțiva centimetri.

In caldura ray este mai scurt - de la 1 cm la 10 cm -2.

lungime de undă mai scurte de lumină vizibilă, aproximativ 4 • 10 5 - 8 • 10 -5 cm.

Cea mai scurta lungime de unda de la razele X - 10 -7 până la 10 -9 cm.

Toate aceste tipuri de radiații se propagă cu aceeași viteză - viteza luminii c = 3 • Octombrie 10 cm / sec.

Prin urmare, conform formulei # 957 = c / # 955 este foarte ușor pentru a calcula frecvența fiecărui tip de radiație. Evident, acesta va fi cel mai mare, dar pentru unde radio la raze X - cel mai mic.

Este important să realizăm că, desigur, orice radiații - nu este o undă sinusoidală, se arată în figură, un proces fizic. Principalele caracteristici (de exemplu, frecvență), din fericire, poate fi exprimat în limbajul unor astfel de modele simple.

Fiecare tip de radiații sale caracteristici. Concentrați până la forma sa, care este cel mai important și familiar pentru noi - de radiațiile solare. Și pentru că este supus acelorași legi ca orice fel de radiații, în viitor, aceasta va ajuta să ne înțelegem legile radiației termice, care a fost atât de important în istoria mecanicii cuantice.

Pe măsură ce sta la soare, probabil că nu cred că o mare parte din ceea ce valurile sunt razele sale. Uneori, însă, te întrebi, de ce în munți, există arsuri solare și de ce este imposibil să se bronza veche-. rom. Isaak Nyuton (1643-1727) a trăit în Anglia, unde soarele nu este prea mult, dar el a început să se întrebe ce se află în lumina soarelui. În urma profesor de medicina la Praga Markusom Martsi a pus experiența este acum familiar pentru fiecare elev. J concede o rază de soare prin lentila, el a văzut-o pe peretele unui curcubeu - Sunbeam spectru.

Fiecare culoare a spectrului de curcubeu are propriul val de radiații solare: cea mai lungă în roșu - 7 • 10 -5 cm; în verde - 5 • 10 -5; în violet - 4 • 10 -5. De asemenea, razele vizibile în spectrul solar este, desigur, altele, în special, razele infraroșii (lungimea de undă lor mai mult decât roșu) și ultraviolete (lungimea de undă a acestora este violet mai scurt). Prin urmare, frecvența maximă a razelor ultraviolete și infraroșii - cel mai mic.

Strălucirea relativă de diferite culori în spectrul variază și depinde de temperatura corpului care emite, de exemplu, radiația solară este cele mai multe raze galbene. Astfel, spectrul de emisiuni de lumină, în primul rând, unele raze în ea și, pe de altă parte, cât de mulți dintre ei acolo.

Trecând prin atmosfera Pământului, o rază de lumină solară schimbă compoziția spectrală, deoarece diferite raze din spectrul solar absorbita de atmosfera nu este același lucru, în special, cele mai puternice razele ultraviolete. Pe stratul de aer de munte este mai mică proporție de razele UV mai mult și, prin urmare, arde cât mai curând posibil decât în ​​vale.

Cu toate că de la sine acest fapt este bine cunoscut, încă mai amintit de acest important pentru mai multe detalii: cauza arsurilor solare - razele ultraviolete, este ei, mai degrabă decât verde sau roșu. Dar pentru a arde, este necesar, în orice caz, pentru a consuma ceva energie. Prin urmare, energia maximă transporta cu ei cele mai mari valuri de frecvență - ultraviolete, infraroșii și nu (deși ele sunt numite de căldură). Acesta este un rezultat foarte important.

Deci, fiecare corp este format din atomi, pe care trebuie încă să se prezinte ca bile cu un diametru de 10 -8 cm și greutăți diferite de la 10 -24 la 20 -22, se mișcă rapid, vibrează și se ciocnesc unele cu altele, și crește viteza lor cu o creștere a temperaturii corpului. Această mișcare termică a atomilor duce la un fenomen cu totul nou: un proprietăți de radiație termică din care noi nu sunt încă cunoscute.

Pentru a le găsi, du-te înapoi la fierul vechi, care este încălzit în cuptor. Mai fierbinte a cuptorului, mai multă căldură radiază fier vechi. Desigur, acest lucru întotdeauna cunoscut, dar Dzhozef Stefan (1835-1893) în 1879 și empiric Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906) în 1884, a stabilit teoretic, o lege cantitativă. Sa constatat că, cu o creștere a cantității totale de căldură radiată crește temperatura foarte repede - ca a patra putere a temperaturii absolute a corpului.

Ce se întâmplă dacă în loc de fier vechi în cuptor pus caldarîm, așa cum a fost făcut mai devreme în băile din România? Va fi diferit de energia radiațiilor de radiații fier vechi? În 1859, Gustav Robert Kirchhoff a demonstrat că nu va fi, în cazul în care temperatura cuptorului este aceeași în ambele cazuri. El a dovedit chiar mai mult, dar să înțeleagă că e ceva ce vrei să întrerupă povestea și să ia o privire mai atentă la fluxul de radiatii care vine din corpul încălzit.

La fel cum lumina soarelui, acest flux este non-uniform. Orice radiație termică, în primul rând, este format din grinzi de diferite lungimi de undă, și, pe de altă parte, contribuția lor la fluxul total de radiații este diferit. Dacă ambele aceste caracteristici, știm că putem spune că știm compoziția spectrală a radiației.

Pentru a sublinia faptul că proporția de radiații cu o frecvență # 957 în flux total de radiație depinde de temperatura T, o formulă este scris de obicei: U = U (# 957, T).

Desigur, dacă vom schimba temperatura corpului, compoziția spectrală a radiației termice va varia de asemenea. Legile cantitative ale acestei schimbări stabilite în 1893 Vilgelm Vin (1864-1928).

Dar chiar și la aceeași temperatură, organisme diferite emit în mod diferit. Acest lucru este ușor de văzut dacă sunt încălzite în întuneric, în același timp, pentru bile exemplu, oțel și piatră. Curând a devenit clar, totuși, că în cazul în care, în loc de minge solidă de căldură gol și lumină observată prin orificiul mic în pereții lor, compoziția spectrală a radiației nu depinde de lumea materială. Un astfel de spectru numit spectru corpuluinegru.

Originea acestui nume oarecum neobișnuit este ușor de înțeles. Imaginați-vă că pentru a nu încălzi castron, ci dimpotrivă, ea lumina din exterior. Tu întotdeauna vei vedea o gaură neagră, indiferent de sfera materială. Deoarece toate razele prins în interiorul cavității, se reflectă în mod repetat, și aproape nu merg afară.

Două mingi de dimensiuni egale, piatră și oțel, soarele este foarte ușor să se distingă - strălucesc prea inegală: bilă de oțel reflectă mai multe raze decât piatra. Acum, în cazul în care aceste bile să fie încălzite în întuneric, este ușor de a verifica dacă mingea piatra emite mai mult decât oțelul. (Apropo, acesta este unul dintre motivele pentru care băile profitabile pentru a face arderea pietre calde, mai degrabă decât din oțel spații libere.)

Este această lege strictă a fost stabilită prin Kirchhoff în 1759: raportul dintre emisivitatea organismelor la absorbanței lor este o funcție universală: U = U (# 957, T), indiferent de natura corpurilor. Funcția spectrală U = U (# 957, T) (și este numit așa) se află aproape toate informațiile despre proprietățile de radiație termică. În special, culoarea caroseriei încălzită determină valuri, care sunt emise de cele mai multe.

Importanța funcției de U = U (# 957, T) a realizat imediat în vremuri de Kirchhoff, dar timp de 40 de ani, nu a fost posibil ca ea să găsească o formulă care descrie în mod corect toate experimentele pe radiația termică. Cu toate acestea, aceste încercări nu au oprit: aparent, căutarea absolut este întotdeauna atractiv pentru mintea umană.

În povestea noastră, am ajuns la pragul loviturii de stat care a făcut fizica Maks Plank (1858-1947). Dar înainte de a explica esența sa, încă o dată, observăm o caracteristică de radiație termică, pe care am menționat o dată: schimbarea culorii corpurilor atunci când este încălzit.

Atâta timp cât temperatura corpului este scazuta, el emite, dar nu luminează, adică emite numai căldură și lungimi de undă în infraroșu, care sunt invizibile pentru ochiul. Pe măsură ce temperatura crește organismul începe să strălucească, în primul rând roșu, apoi portocaliu, galben, etc. De exemplu, atunci când 6 mii de grade Celsius radiază mai galben ... Apropo, pe această bază au stabilit că este temperatura suprafeței Soarelui.

Rețineți că, în cazul arsurilor solare radiații lovit mai multă energie, cu atât mai mult frecvența. Și în acest caz? Mai multă energie ne-am petrecut pe încălzirea corpului, cu atât mai mare frecventa undelor emise. Deci, există o anumită relație între frecvența și energia radiației.