Laboratoriya işi №9 Qara cismin istilik şüalanmasının öyrənilməsi

Laboratoriya işi № 9

Qara cismin istilik şüalanmasının öyrənilməsi

İşin məqsədi: mütləq qara cismin şüalanma intensivliyinin dalğa uzun-luğundan asılılığının və Vinin yerdəyişmə qaydasının yoxlanılması

Ləvazimatlar: prizmalı spektrofotometr, optik sistemlərin yerləşdiyi masa, işıq çevricisi, fırlanma hərəkəti çevricisi, gərginlik dəyişdiricisi, gücləndirici, közərmə lampası, birləşdirici naqillər, interfeys, “Data Studio” proqram təminatı
Nəzəri məlumat

İstilik şüalanmasi qanunlari

Təcrübi faktlar göstərmişdir ki, hər hansı cismi qızdırdıqda o əvvəlcə öz rəngini dəyişdirmədən istilik şüalandırır (infraqırmızı şüalar). Sonra həmin cismin temperaturu artdıqca o əvvəlcə qızarır, yəni görünən işıq şüalandırır, sonra isə temperaturun artması ilə şüalanma daha da parlaqlaşır və şüalanmanın tərkibi qısa dalğalarla zənginləşdiyindən, közərmiş cismin rəngi ağarmağa başlayır. Bu təcrübədən birbaşa aydın olur ki, istilik şüalanması yaradan cismin halını xarakterizə edən onun temperaturudur. Belə ki, verilmiş cismin istilik şüalandırması yalnız həmin cismin temperaturundan asılıdır. Bunu aşağıdakı təcrübə ilə aydınlaşdıraq. Eyni ölçüdə biri şəffaf digəri isə rəngli şüşə çubuq götürək və həmin çubuqları eyni şəraitdə qızdıraq. Təcrübə başa çatdıqdan sonra aşkar olur ki, şəffaf çubuğun enerji şüalandırması rəngli çubuğunkundan çox zəif olur. Bu isə o deməkdir ki, eyni şəraitdə müxtəlif miqdarda enerji udan eyni ölçülü iki cisim müxtəlif miqdarda enerci şüalandırmalıdır. 1809-cu ildə Prevo tərəfindən müəyyən olunmuş bu qanunda cisimlərin enerji udma və şüalandırma qabiliyyətlirinin bir-biri ilə əlaqədar olması müəyyən olunsa da şüalanma və udmanın hansı kəmiyyətlərdən və necə asılı olması qaranlıq qalmışdı.

Kirxhof qanunu: Kirxhof termodinamikanın ikinci qanununa əsaslanaraq cisimlərin şüaburaxma və şüaudma qabiliyyətləri arasındakı asılılığı müəyyən etmişdir. O, göstərmişdir ki, cismin şüaburaxma qabiliyyətinin şüaudma qabiliy-yətinə nisbəti verilmiş tezlik (və ya dalğa uzunluğu) və temperaturda sabit kəmiyyət olub, həmin cisim maddəsinin növündən asılı deyildir.

. (1)

Göründüyü kimi bütün cisimlər üçün eyni olub universal funksiyadır. (1)-i mütləq qara cismə tətbiq etsək, =1 olduğundan, alırıq. Deməli, Kirxhof qanunu

(2)

şəklini alır, yəni verilmiş tezlik və temperaturda ixtiyari cismin şüaburaxma qabiliyyətinin həmin cismin şüaudma qabiliyyətinə nisbəti mütləq qara cismin həmin tezlik və temperaturda şüaburaxma qabiliyyətinə bərabərdir. universal funksiyasına Kirxhof funksiyası da deyilir. Kirxhof qanunundan göründüyü kimi mütləq qara cismin şüaburaxma qabiliyyətini bilsək, istənilən cismin şüaudma qabiliyyyəti məlum olduqda onun şüaburaxma qabiliyyətini tapmaq olar. Ona görə də mütləq qara cismin şüaburaxma qabiliyyətinin tezlik və temperaturdan aşkar asılılığını müəyyən etmək istilik şüalanmasını əsas məsələ olaraq qarşıya qoyur.

Stefan-Bolsman qanunu: Stefan-Bolsman qanunu mütləq qara cismin şüalanma qabiliyyətinin aşkar ifadəsini müəyyənləşdirmək yolunda atılmış ilk müvəffəqiyyətli addımlardandır. Stefan və Bolsmanın apardıqları tədqiqatların nəticələrini təhlil edərək aşağıdakı nəticəyə gəlmişdir ki, mütləq qara cismin inteqral şüaburaxma qabiliyyəti (1sm² səthdən 1san-də bütün dalğa uzunluqlarına uyğun şüalanan enerji) mütləq temperaturun 4-cü dərəcəsi ilə düz mütənasibdir, yəni

, (3)

-sabit kəmiyyət olub, Stefan-Bolsman sabiti adlanır. Onun ədədi qiyməti =5,672 10^-8 Vt/m² K². Bu qanun istənilən cisim üçün verilsə də sonralar aşkar edilmişdir ki, həmin qanun yalnız mütləq qara cisimlər üçün doğru hesab oluna bilər. Bolsman həmin qanunun termodinamika qanunlarına əsaslanaraq (1884-cü ildə) riyazi ifadəsini çıxarmış və bu qanunun yalnız mütləq qara cisimlər üçün doğru olduğunu sübut etmişdir.

Vin qanunu: Stefan-Bolsman qanunu mütləq qara cismin şüaburaxma qabiliyyətinin temperatur asılılığını müəyyən etsə də şüalanma enerjisinin tezlikdən asılılığı barədə heç bir məlumat verə bilmədi. 1893-cü ildə Vin termodinamika qanunlarına əsaslanaraq Kirxhof funksiyasının tezlik və temperaturdan asılılıq xarakterini müəyyən etmişdir. Vin qanununa görə, mütləq qara cismin şüalandırma qabiliyyəti yeganə artumenti () olan funksiya ilə tezliyin kubu hasilinə bərabərdir:

(4)

(4) ifadəsi Vin düsturu adlanır. Göründüyü kimi şüaburaxma qabiliyyəti tezliyin kubu ilə düz mütənasib olub, həmçinin -nin funksiyasıdır. Vin universal funksiyanın temperaturdan aşkar asılılığını verə bilməsə də bu qanundan müəyyən nəticələr alınır: maksimal şüalanmaya uyğun gələn dalğa uzunluğu mütləq temperaturla tərs mütənasibdir. Vinin yerdəyişmə qanunu aşağıdakı kimi ifadə edilir:

, (5)

burada, - Vin sabitidir. (5)-dən göründüyü kimi maksimal şüalanmaya uyğun gələn dalğa uzunluğu mütləq temperaturun birinci dərəcəsi ilə tərs mütənasibdir. Yəni, mütləq qara cismin şualandırma qabiliyyətinin dalğa uzunluğundan asılılıq qrafikində maksimumlar temperaturun artması ilə qısa dalğa tərəfə sürüşür. (şəkil 1). Ona görə də (5) ifadəsi Vinin yerdəyişmə qanunu adlanır. Bu qanun təcrübə ilə tam təsdiq olunur. Verilmiş bir temperaturda şüalanma enerjisinin spektrə görə paylanması məlum olarsa hesablama yolu ilə bu paylanmanı istənilən temperatur üçün də müəyyən etmək olar.

Şəkil 1. Mütləq qara cismin şualandırma qabiliyyətinin dalğa

uzunluğundan asılılığı