Астрофизика – и ее понятия. Тепловое излучение его законы.


Карта сайта

            
Астрономия
древнейшая из наук
 Античная астрономия
 Хронология астрономии
 Современная астрономия
Основы астрономии
 Начала астрономии
 Время и небесная сфера
 Созвездия
 Движение небесных тел
 Астроприборы
 Астрофизика
 Обзоры астрооборудования
 Астрономические наблюдения

Общая астрономия
 Солнечная система
 Звезды
 Наша Галактика
 Внегалактическая астрономия
 Внеземные цивилизации
 Астрономы мира и знаменательные даты

Дополнительно
 Форумы Astrogalaxy.ru
 Астрономия для детей
 Планетарии России
 Это интересно
 Новости астрономии
 О проекте






Абсолютная температура
 
Одним из основных понятий термодинамики, введенным в 1848  У. Томсоном (Кельвином) является абсолютная температура, в связи, с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой.  Абсолютная температура обозначается буквой Т и измеряется в Кельвинах К. По шкале Кельвина температура замерзания воды составляет 273,15 градуса, а температура кипения 373,15 градуса. Чаще на практике значения округляют до целого 273 и 373 градуса. Температура, равная 0 К, называют абсолютным нулем. В редких случаях в астрономии температуру t измеряют в градусах Цельсия - °С. В основном, данные измерения делают для сравнения температур планет и спутников планет. Цена деления по шкале Кельвина и Цельсия одинакова,1 градус Цельсия и 1 кельвин равны. Для перевода в кельвины используется формула T = t + 273 К. Где t это температура в градусах Цельсия.
 
Между температурой и энергией есть определяющая связь, физическая постоянная называемая постоянная Больцмана, названная в честь австрийского физика Людвига Больцмана. Экспериментальное значение постоянной Больцмана в Международной системе единиц (СИ) равно k = 1,38•10–23 Дж/К. Среднюю кинетическую энергию можно вычислить по формуле E = 3/2 kT. Соотношение между средней кинетической энергией молекул идеального одноатомного газа и его температурой: 1 эВ = 7,74•103 К.
 
 
Основные понятия астрофотометрии
 
Большая часть информации поступающей из космоса  это электромагнитные волны. Область практической астрофизики, которая занимается измерением испускаемого небесными телами электромагнитного излучения, называется астрофотометрией. Световой поток является основным понятием астрофотометрии. Количество электромагнитной энергии в единичном интервале частот Fn, протекающей за единицу времени через площадку единичной площади, называется потоком излучения. Измеряется в эрг/(с*см2*Гц) или Вт/(см2*Гц). Поток зависит от ориентации площадки. Человеческий глаз способен видеть довольно узкий диапазон в интервале длин волн от 0.38 до 0.70 мкм. Максимальная чувствительность нашего глаза на длинах волн 0.55 - 0.59 мкм. Световой поток – мощность выделенная из всего потока излучения, на которую реагирует глаз человека, обозначают Φ, выражают в люменах лм. Освещенностью называют световой поток, падающий на единичную площадку некоторой поверхности (S), обозначается E, в физике измеряется в люкс (лк).
 
E = Ф/S.  1 лк = 1 лм/м2.
 
Интенсивность (или яркость) I – средняя мощность, переносимая волной через единичную площадку (S), расположенную перпендикулярно данному лучу, в единице телесного угла (Ω) в единицу времени (Δt). Спектральная интенсивность – отношение интенсивности излучения, взятой в бесконечно малом интервале длин волн (частот Δν), включающем данную длину волны (частоту), к этому интервалу. Стерадиан – телесный угол, вырезающий на сфере с центром в его вершине поверхность, площадь которой равна квадрату радиуса сферы R. Площадь поверхности сферы 4πR2, поэтому полный телесный угол равен стерадиан.
 
Большую роль в астрофизике играет понятие освещенности, так как в результате наблюдений только эта величина и может быть измерена. В конечном счете, светочувствительный прибор реагирует на количество световой энергии прошедшей через входное отверстие телескопа. Площадь известна и постоянна для данного телескопа. Исходя из этого, освещенность, создаваемая исследуемым объектом пропорциональна отсчетам прибора.
 
Если вершину некоторого конуса совместить с точечным источником, то все лучи, испускаемые в пределах этого конуса, будут всегда в нем оставаться, так что через любое сечение этого конуса пройдет один и тот же поток излучения. Рассматривая сечения, перпендикулярные оси конуса, легко показать, что из постоянства потока следует закон обратной пропорциональности освещенности квадрату расстояния до источника. Формулируется он так: Е1/Е2=R22/R12.
 
Освещенности Е1 и Е2, создаваемые одним и тем же источником на расстояниях R1 и R2, изменяются обратно пропорционально квадратам этих расстояний.
 
Для измерения яркости звезд в астрономии употребляются звездные величины. Они связаны с освещенностью формулой:
 
m - m0 = -2,5lg (E/E0)
 
где m0 и Е0 - постоянные (Е - освещённость, создаваемая звездой величины m). Напр., для визуальных величин (эффективная длина волны 0.55 мкм) постоянные m0 и Е0 выбраны так, что звезда величины m = 0 создаёт освещённость на верхней границе земной атмосферы Е = 2,5.10-6 люкс. Т. к. для одной и той же звезды освещённость пропорциональна интенсивности излучения I(λ), разность звёздных величин двух звёзд будет:
 
Dm = m1 - m2 = - 2,51g[I1(λ)/I2(λ)].
 
 
Законы теплового излучения
 
Тепловое излучение — электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела. Абсолютно любое нагретое тело испускает электромагнитные волны. Чем ниже температура тела, тем более длинные волны оно испускает. При высокой температуре тела волны становятся более короткими.
 
Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.
 
Таким образом, у абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 для излучения всех частот, направлений распространения и поляризаций.
 
Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
 
В 1900 году Планк сделал предположение, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций (квантов) энергии, величина которых связана с частотой излучения и вывел формулу по которой при заданной температуре абсолютно черного тела можно рассчитать величину интенсивности его излучения.
 
Закон Стефана — Больцмана — интегральный закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры.
 
Полная объёмная плотность равновесного излучения и полная испускательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональны четвёртой степени его температуры.
ε = σT4. Где σ - некая универсальная константа, T - температура абсолютно чёрного тела.
 
Константа σ = 5,67•10–8 Вт/(м-2•К-4) получила название постоянной Стефана – Больцмана.
 
Закон смещения Вина устанавливает зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела.
 
 
Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце. Максимум энергии излучения Солнца приходится примерно на длину волны 450 нм, что соответствует температуре наружных слоёв Солнца около 6000 K. При увеличении температуры абсолютно черного тела максимум излучения сдвигается в коротковолновую часть спектра. Менее горячая звезда излучает большую часть энергии в инфракрасном диапазоне, более горячая в ультрафиолетовом.
Copyright © 2004 - 2016, Проект 'Астрогалактика' • выпущен 12.07.2004
Top.Mail.Ru