Физический смысл закона Стефана-Больцмана и его применение для определения физических характеристик звёзд

Энергия, поступившая к поверхности Солнца (или к поверхности любого горячего объекта), покидает его в виде излучения. Закон Стефана—Больцмана как раз и говорит нам, какова излученная энергия. Этот закон записывается так:

E = σT ⁴s – коэффициент, s = 5,67 * 10^-8 Вт/м²к⁴

где Т — температура (в кельвинах), а σ — постоянная Больцмана. Из формулы видно, что при повышении температуры светимость тела не просто возрастает — она возрастает в значительно большей степени. Увеличьте температуру вдвое, и светимость возрастет в 16 раз!Согласно этому закону любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает энергию.Формулировка закона Стефана—Больцмана распространяется только на абсолютно черное тело, поглощающее всё попадающее на его поверхность излучение. Реальные физические тела поглощают лишь часть лучевой энергии, а оставшаяся часть ими отражается, однако закономерность, согласно которой удельная мощность излучения с их поверхности пропорциональна Т ⁴, как правило, сохраняется и в этом случае, однако постоянную Больцмана в этом случае приходится заменять на другой коэффициент, который будет отражать свойства реального физического тела. Такие константы обычно определяются экспериментальным путем.

3. (100*10-5 Н)

Билет №19

1. Опыты Резерфорда: ядерная модель атома; квантовые постулаты Бора.

Первая модель атома была предложена англ. физиком Томпсоном и представляла собой положительно заряженный шар, внутри которого находятся отрицательные электроны.

Однако модель атома Томсона была опровергнута опытами Резерфорда.

Эрнест Резерфорд в 1906 г. предложил применить зондирование атома с помощью альфа-частиц. В 1911 г. Резерфорд и его сотрудники провели ряд экспериментов по рассеянию альфа-частиц при их прохождении сквозь тонкие металлические пластинки золота и платины.

В установке Резерфорда использовался уран, который самопроизвольно и непрерывно испускал альфа-частицы (то есть ядра атома гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, имеющие положительный заряд вдвое больше элементарного заряда и массу примерно в 4 раза больше массы протона).

Урановый источник излучения помещался в свинцовый сосуд с узким выходным каналом. В результате из этого канала выходил узкий направленный пучок альфа-частиц. Этот пучок направлялся на фольгу из золота или платины. Альфа-частицы, прошедшие сквозь фольгу, попадали на флуоресцирующий экран и вызывали вспышки света (кванты света - фотоны) при каждом ударе альфа-частицы о данную точку экрана. Эти вспышки (сцинтилляции) можно было наблюдать в микроскоп.

Проходя через фольгу узкий поток альфа-частиц рассеивался, это позволило сделать вывод о несостоятельности модели Томпсона.

Резерфорд предположил, что атом устроен по­добно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вра­щаются электроны (как планеты вокруг Солнца). За­ряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

Но модель Резерфорда не соответствовала законам механики. Электрон, исчерпав свою энергию должен упасть на ядро, но этого не происходит.

Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.

В основу своей теории Бор положил два посту­лата.

· Атомная система может на­ходиться только в особых стационарных или кван­товых состояниях, каждому из которых соответ­ствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

· При переходе из одного ста­ционарного состояния в другое испускается или по­глощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Еm – Εn; h = 6,62 • 10-34 Дж • с, где h — постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.