Энергия теплового излучения молекулы
Выведение формулы для зависимости энергии теплового излучения молекулы газа от её скорости поступательного движения. Определение положения, что энергия теплового излучения молекулы не равна её кинетической энергии. Сущность закона Стефана-Больцмана.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.03.2019 |
| Размер файла | 90,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
PACS 05
Энергия теплового излучения молекулы
Головкин Б.Г.
Общественный Институт Естественных и Гуманитарных Наук, Екатеринбург, Россия
Выведены формулы для зависимости энергии теплового излучения молекулы газа от её скорости поступательного движения. Показано, что энергия теплового излучения молекулы не равна её кинетической энергии.
Ключевые слова: энергия излучения молекулы, кинетическая энергия молекулы, температура молекулы, газовая ячейка.
Представим себе замкнутую оболочку, изолированную от окружающего пространства и находящуюся при постоянной температуре, причём внутри оболочки - идеальный вакуум. Несмотря на это, она не будет совершенно «пустой». Ограниченная оболочкой полость будет заполнена электромагнитным тепловым излучением, исходящим от окружающих оболочку молекул газа, объёмная плотность энергии которого определяется законом Стефана-Больцмана [1]. Если же сказанное отнести к одной молекуле, то в роли такой замкнутой оболочки будет газовая ячейка [2-5], в которой находится выбранная молекула, а в роли стенок ячейки выступают, сталкивающиеся с данной молекулой газа, другие молекулы окружающей газовой среды. Поскольку молекула в газовой ячейке движется, она обладает кинетической энергией . В работах [2, 3], на основе предположения, что эти энергии равны энергия излучение газ тепловой
, (1)
Была выведена формула для распределения температур молекул газа в зависимости от общей температуры газа.
Целью настоящей работы является вывод формулы для зависимости энергии теплового излучения молекулы газа от её скорости поступательного движения, проверка правильности предположения (1) и, соответственно, истинности предложенной ранее [2, 3] формулы для распределения молекул газа по их температурам.
Для определённости будем считать, что молекулы газа - одноатомные и представимы в форме сферы радиуса . В соответствии с [4, 5] газовая ячейка, в которой находится всего одна молекула газа, представляет собой цилиндр с площадью основания и высотой, равной длине свободного пробега -ой молекулы , что соответствует объёму газовой ячейки
, (2)
а температура молекулы, находящейся в этой ячейке, равна
, (3)
где кинетическая энергия этой молекулы.
В силу равновесия между температурой газа и температурой теплового излучения и газа имеем
(4)
Тогда энергия излучения в объёме , содержащем молекул газа, определяется законом Стефана-Больцмана:
, (5)
где постоянная Больцмана, постоянная Планка скорость света, (для большинства веществ, кроме металлов, у которых [1]. Внутри газовой ячейки любой молекулы температура излучения будет равна , несмотря на то, что температура молекулы, находящейся в этой ячейке, может быть другой. Причина такого расхождения заключается в том, что скорость распространения электромагнитных волн излучения намного выше скорости движения молекул.
Если в качестве объёма выбрать объём газовой ячейки , то формулу (5) для i-ячейки с учётом (2) получим зависимость общей энергии теплового излучения (т.е. суммарной энергии излучения от -молекулы и молекул окружающей среды) от размеров молекул газа, его температуры и длиной свободного пробега молекулы в данной ячейке
. (6)
Для того чтобы оценить, какой вклад в это тепловое излучение вносит сама i-молекула, находящаяся в этой ячейке, условно будем считать, что за пределами ячейки газ отсутствует, а стенки ячейки сделаны из материала, не испускающего теплового излучения. Очевидно, в таких условиях, имеет место равенство
. (7)
Тогда для этого случая формула (5) будет выглядеть
, (8)
где энергия и температура теплового излучения i-ой молекулы газа, соответственно. Из (8) получаем формулу для зависимости температуры теплового излучения конкретной молекулы от её энергии.
(9)
Подставив выражения (3) и (7) в равенство (9), получим:
= , (10)
откуда с учётом (2) находим искомые зависимости между энергией теплового излучения конкретной молекулы и её кинетической энергией
(11)
. (12)
Поскольку зависимость энергии молекулы от её скорости определяется формулой
, (13)
то, подставив (13) в (14), получаем формулу для зависимости энергии теплового излучения молекулы от её скорости поступательного движения:
. (14)
Соответственно, если известна энергия теплового излучения молекулы газа, то её скорость поступательного движения может быть определена по формуле:
. (15)
Выведены формулы для зависимости энергии теплового излучения молекулы газа от её кинетической энергии и скорости поступательного движения.
Показано, что энергии теплового излучения молекулы и её кинетической энергии не равны между собой.
Из вида этих формул следует, что поскольку средняя длина свободного пробега молекул больше в более разряжённых газах, то энергия теплового излучения в таких газах также больше. Соответственно, чем меньше размер молекул газа, объём пустого пространства в таких газах больше, газ более разряжён, тем больше энергия теплового излучения молекул такого газа.
Формулы для распределения молекул газа по их температурам, представленные ранее в работах [2, 3] являются ошибочными.
Список литературы
1. Левич В.Г. / Курс теоретической физики. Т. 1. 1969. Физматлит. М. 916 С.
2. Головкин Б.Г. / Температура молекулы. // Инженерная физика. 2016. № 11. С. 22-24.
3. Головкин Б.Г. / Температура молекулы. Распределение молекул газа по их температурам . / East European Scientific Journal. 2015. # 4. Vol. 3. P. 103 -105.
4. Golovkin B.G. / Physical meaning temperature of gas and separate molecule. // World Scientific News. 2018. V. 94. № 2. P. 313-320.
5. Головкин Б.Г. / Зависимость температуры газа от температур составляющих его молекул / Ноосфера. Общество. Человек. 2018. № 1. URL: http://noocivil.esrae.ru/254-1781.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Молекулы идеального газа и скорости их движения. Упрyгoe стoлкнoвeниe мoлeкyлы сo стeнкoй. Опрeдeлeниe числа стoлкнoвeний мoлeкyл с плoщадкoй. Распрeдeлeниe мoлeкyл пo скoрoстям. Вывод формул для давления и энергии. Формула энергии идеального газа.
курсовая работа [48,6 K], добавлен 15.06.2009Характеристика особенностей возникновения теплового излучения. Изучение законов теплового излучения черного тела Стефана - Больцмана и Вина. Развитие квантовой теории Эйнштейном. Связь между испускательной и поглощательной способностями черного тела.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.03.2013Внутренняя энергия нагретого тела. Источники теплового излучения. Суммарное излучение с поверхности тела. Интегральный лучистый поток. Коэффициент излучения абсолютно черного тела. Степень черноты полного нормального излучения для различных материалов.
реферат [14,7 K], добавлен 26.01.2012Тепловое излучение как излучение телом электромагнитных волн за счет его внутренней энергии. Закон Кирхгофа и закон Стефана–Больцмана, их сущность. Понятие энергетической светимости и поглощательной способности тела. Формулы Рэлея–Джинса и Планка.
презентация [313,1 K], добавлен 29.09.2011Ознакомление с основами возникновения теплового излучения. Излучение абсолютно чёрного тела и его излучения при разных температурах. Закони Кирхгофа, Стефана—Больцмана и Вина; формула и квантовая гипотеза Планка. Применение методов оптической пирометрии.
презентация [951,0 K], добавлен 04.06.2014Определение центра тяжести молекулы и описание уравнения Шредингера для полной волновой функции молекулы. Расчет энергии молекулы и составление уравнения колебательной части молекулярной волновой функции. Движение электронов и молекулярная спектроскопия.
презентация [44,7 K], добавлен 19.02.2014Характеристики и законы теплового излучения. Спектральная плотность энергетической светимости. Модель абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа, Стефана-Больцмана, смещения Вина. Тепловое излучение и люминесценция. Формула Рэлея-Джинса и теория Планка.
презентация [2,3 M], добавлен 14.03.2016Тепловое излучение как электромагнитное излучение, которое возникает за счет энергии вращательного и колебательного движения атомов и молекул в составе вещества. Основные характеристики и законы этого явления. Излучение реальных тел и тела человека.
презентация [262,0 K], добавлен 23.11.2015Характеристики форм движения материи. Механическая и электростатическая энергия. Теорема о кинетической энергии. Физический смысл кинетической энергии. Потенциальная энергия поднятого над Землей тела. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия.
презентация [3,7 M], добавлен 19.12.2016Понятие абсолютно черного тела. Максвелловская теория электромагнетизма. Релятивистский закон сохранения энергии – массы. Теория относительности А. Эйнштейна. Поглощательная способность тела. Закон теплового излучения Г. Кирхгофа, Стефана-Больцмана.
реферат [748,6 K], добавлен 30.05.2012Распространение солнечной энергии на Земле. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов. Энергия Мирового океана и геотермальная энергия. Физические свойства и получение водорода.
реферат [1,0 M], добавлен 01.08.2012Общие сведения о солнце как источнике энергии. История открытия и использование энергии солнца. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Сущность и виды солнечных батарей. "За" и "против" использования солнечной энергии.
реферат [999,0 K], добавлен 22.12.2010Количественная характеристика интенсивности теплового излучения. Понятие спектральной поглощательной способности. Законы теплового излучения, используемые для измерения температуры раскаленных тел. Радиационная, цветовая и яркостная температура.
реферат [482,4 K], добавлен 19.04.2013Экспериментальные закономерности теплового излучения. Спектральная плотность излучения. Поток лучистой энергии. Абсолютно черное тело и Закон Кирхгофа. Экспериментальная зависимость излучательной способности от температуры. Закон смещения или закон Вина.
презентация [1,8 M], добавлен 23.08.2013Эксимерные молекулы и плазмо-химические реакции. Упрощенная модель кинетики образования XeCl молекулы. Механизмы возбуждения эксимерных лазеров элекронным пучком и разрядом. Общая характеристика систем предыонизации. Формирование качественного излучения.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 29.11.2014Описание основных понятий и формул теплового излучения. Вычисление спектральной плотности и интегральной энергетической светимости (излучательности). Закон Кирхгофа, законы Стефана-Больцмана и Вина. Формула Рэлея-Джинса и Планка. Оптическая пирометрия.
курсовая работа [892,3 K], добавлен 31.10.2013Определение работы равнодействующей силы. Исследование свойств кинетической энергии. Доказательство теоремы о кинетической энергии. Импульс тела. Изучение понятия силового физического поля. Консервативные силы. Закон сохранения механической энергии.
презентация [1,6 M], добавлен 23.10.2013История открытия инфракрасного излучения, источники, основное применение. Влияние инфракрасного излучения на человека. Особенности применения ИК-излучения в пищевой промышленности, в приборах для проверки денег. Эффект теплового воздействия на организм.
презентация [373,2 K], добавлен 21.05.2014Преобразованная энергия солнечного излучения. Потенциал и перспектива использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Выработка электроэнергии с помощью ветра. Ветроэнергетика в Украине. Развитие нетрадиционной энергетики Крыма.
реферат [677,3 K], добавлен 20.01.2011Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме. Моделирование набегающего потока, движения молекулы внутри объема. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. Моделирование потока собственных газовыделений.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.07.2011
