Характеристики теплового випромінювання Випромінювання нагрітого тіла

Закони теплового випромінювання Промене тепло.

Може, для когось це буде новиною, але передача температури відбувається не лише теплопровідністю через дотик одного тіла до іншого. Кожне тіло (Тверде, рідке та газоподібне) випромінює теплові промені певної хвилі. Ці промені, уникаючи одного тіла, поглинаються іншим тілом, і приймають тепло він. І я спробую Вам пояснити, як це відбувається, і скільки тепла ми втрачаємо цим випромінюванням у себе вдома. (Я думаю, багатьом буде цікаво побачити ці цифри). Наприкінці статті вирішимо завдання з реального прикладу.

У статті будуть триповерхові формули та інтегральні вирази для математиків, але не варто їх боятися, можете навіть не вникати у ці формули. У задачі я вам дам формули, які вирішуються на-раз-два і навіть не потрібно знати вищу математику, достатньо знати елементарну арифметику.

Я неодноразово в цьому переконувався, що сидячи біля багаття (зазвичай великого) моє обличчя обпалювали ці промені. І якщо я закривав багаття своїми долонями і при цьому руки були витягнуті, то виходило, що моє обличчя переставало обпалювати. Не важко здогадатися, що це проміння пряме як світлове. Мене обпалює не повітря, що циркулює навколо багаття, і навіть не повітря, саме прямі не видимі теплові промені, що йдуть від багаття.

У космосі між планетами зазвичай вакуум і тому передача температур здійснюється виключно тепловими променями (Всі промені – це електромагнітні хвилі).

Теплове випромінювання має природу таку, як світлові та електромагнітні промені (хвилі). Просто ці хвилі (промені) мають різну довжину хвилі.

Наприклад, довжини хвиль у діапазоні 0,76 – 50 мкм називається інфрачервоними. Всі тіла, що мають кімнатну температуру + 20 ° С, випромінюють переважно інфрачервоні хвилі з довжинами хвиль, близькими до 10 мкм.

Будь-яке тіло, якщо температура його відмінна від абсолютного нуля (-273,15 °С), здатне посилати в навколишній простір випромінювання. Тому будь-яке тіло випромінює на навколишні тіла промені і в свою чергу перебуває під впливом випромінювання цих тіл.

Будь-які меблі в будинку (стілець, стіл, стіни і навіть диван) випускають теплові промені.

Теплове випромінювання може поглинатися або проходити через тіло, а також може просто відбиватися від тіла. Відображення теплових променів подібно до того, якби світловий промінь відбивався від дзеркала. Поглинання теплового випромінювання подібно до того, як чорний дах сильно нагрівається від сонячних променів. А проникнення чи проходження променів подібно до того, як промені проходять у крізь скло чи повітря. Найбільш поширеним у природі видом електромагнітного випромінювання є теплове випромінювання.

Дуже близько за своїми властивостями до чорного тіла відноситься так зване реліктове випромінювання, або космічний мікрохвильовий фон - Всесвіт, що заповнює випромінювання з температурою близько 3 До.

Загалом у науці теплотехніки, щоб пояснити процеси теплових випромінювань, зручно використовувати поняття чорного тіла, щоб якісно пояснити процеси теплових випромінювань. Тільки чорне тіло здатне певною мірою полегшити розрахунки.

Як було описано вище будь-яке тіло здатне:

Чорне тіло- це тіло, яке повністю поглинає теплову енергію, тобто воно не відображає промені і через неї не проходить теплове випромінювання. Але не забуваймо, що чорне тіло випромінює теплову енергію.

Тому до цього тіла так легко застосувати розрахунки.

Які складнощі при розрахунку, якщо тіло не є чорним тілом?

Тіло, яке не є чорним тілом, має такі фактори:

Ці два фактори ускладнюють розрахунок на стільки, що "мама не журись". Дуже складно так рахувати. А вчені з цього приводу до ладу не пояснили, як розрахувати сіре тіло. До речі, сіре тіло - це і є тіло, яке не є чорним тілом.

Також є поняття: Біле тіло та прозоре тіло, але про це нижче.

Теплове випромінюваннямає різні частоти (різні хвилі), кожне окреме тіло може мати різну хвилю випромінювання. До того ж при зміні температури ця довжина хвилі може змінюватися, може змінюватися і її інтенсивність (сила випромінювання).

Всі ці фактори ускладнять процес на стільки, що важко підібрати універсальну формулу для розрахунку втрат енергії на випромінювання. І тому у підручниках та у будь-яких літературах використовують для розрахунку чорне тіло, а інші сірі тіла використовують як частину чорного тіла. Щоб розрахувати сіре тіло, використовують коефіцієнт чорноти. Ці коефіцієнти наведені у довідниках для деяких матеріалів.

Розглянемо зображення, яке підтверджує складність обчислення випромінювання.

На малюнку зображені дві кульки, які мають частинки цієї кульки. Червоні стрілки це промені, що випускаються частинками.

Розглянемо темне тіло.

Усередині чорного тіла глибоко всередині розташовані деякі частинки, які позначені помаранчевим кольором. Вони випускають промені, які поглинають поряд інші частинки, які позначені жовтим кольором. Промені помаранчевих частинок чорного тіла не здатні пройти через інші частинки. І тому тільки зовнішні частинки цієї кульки випромінюють промені по всій площі кульки. Тому розрахунок чорного тіла легко рахується. Також прийнято вважати, що чорне тіло випромінює весь спектр хвиль. Тобто випромінює всі наявні хвилі різних довжин. Сіре тіло може випускати частину спектра хвиль, лише певної довжини хвиль.

Розглянемо сіре тіло.

Усередині сірого тіла, наявні всередині частинки випромінюють якусь частину променів, які проходять через інші частинки. І тому розрахунок ускладнюється багаторазово.

Теплове випромінювання- це електромагнітне випромінювання, що виникає внаслідок перетворення енергії теплового руху частинок тіла на енергію випромінювання. Саме тепловий характер збудження елементарних випромінювачів (атомів, молекул тощо) протиставляє теплове випромінювання всім іншим видам свічення та зумовлює його специфічну властивість залежати лише від температури та оптичних характеристик випромінюючого тіла.

Досвід показує, що теплове випромінювання спостерігається у всіх тіл за будь-якої температури, відмінної від 0 К. Звичайно, інтенсивність і характер випромінювання залежать від температури випромінюючого тіла. Наприклад, всі тіла, що мають кімнатну температуру + 20 °С, випромінюють переважно інфрачервоні хвилі з довжинами хвиль, близькими до 10 мкм, а Сонце випромінює енергію, максимум якої припадає на 0,5 мкм, що відповідає видимому діапазону. При Т → 0 До тіла практично не випромінюють.

Теплове випромінювання веде до зменшення внутрішньої енергії тіла і, отже, зниження температури тіла, до охолодження. Нагріте тіло за рахунок теплового випромінювання віддає внутрішню енергію та охолоджується до температури навколишніх тіл. У свою чергу, поглинаючи випромінювання можуть нагріватися холодні тіла. Такі процеси, які можуть відбуватися і у вакуумі, називають радіаційним.

Абсолютно чорне тіло- фізична абстракція, що застосовується в термодинаміці, тіло, що поглинає електромагнітне випромінювання, що падає на нього, у всіх діапазонах і нічого не відображає. Незважаючи на назву, абсолютно чорне тіло може випускати електромагнітне випромінювання будь-якої частоти і візуально мати колір. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла визначається лише його температурою.

Таблиця:

(Температурний інтервал у Кельвінах та їх Колір)

до 1000 Червоний

1000-1500 Помаранчевий

1500-2000 Жовтий

2000-4000 Блідо-жовтий

4000-5500 Жовто-білий

5500-7000 Чисто білий

7000-9000 Блакитно-білий

9000-15000 Біло-блакитний

15000-∞ Блакитний

До речі, за довжиною хвилі (кольору) визначили температуру сонця воно близько 6000 Кельвін. Вугілля зазвичай світяться червоним кольором. Вам це нічого не нагадує? За кольором можна визначати температуру. Тобто є такі прилади, які вимірюють довжину хвилі, тим самим визначають температуру матеріалу.

Найбільш чорні реальні речовини, наприклад, сажа, поглинають до 99% падаючого випромінювання (тобто мають альбедо, що дорівнює 0,01) у видимому діапазоні довжин хвиль, проте інфрачервоне випромінювання поглинається ними значно гірше. Глибокий чорний колір деяких матеріалів (деревного вугілля, чорного оксамиту) та зіниці людського ока пояснюється тим самим механізмом. Серед тіл Сонячної системи властивостями абсолютно чорного тіла найбільше має Сонце. За визначенням Сонце мало відбиває ніякого випромінювання. Термін був запроваджений Густавом Кірхгофом у 1862 році.

За спектральною класифікацією Сонце відноситься до типу G2V (жовтий карлик). Температура поверхні Сонця досягає 6000 K, тому Сонце світить майже білим світлом, але через поглинання частини спектру атмосферою Землі в поверхні нашої планети це світло набуває жовтого відтінку.

Абсолютно чорне тіло – 100% поглинає і при цьому нагрівається, так і навпаки! нагріте тіло - 100% випромінює це означає, що є строга закономірність (формула випромінювання абсолютно чорного тіла) між температурою Сонця - і його спектром - так як і спектр і температуру вже визначили - так, Сонце немає відхилень від цих параметрів!

В астрономії є така діаграма - "Спектр-Світимість", отож наше Сонце належить "головній послідовності" зірок, до якої належать і більшість інших зірок, тобто майже всі зірки "абсолютно чорні тіла", як це не дивно... Винятки - білі карлики, червоні гіганти та Нові, Над-Нові...

Це хтось фізику у школі недовчив.

Абсолютно чорне тіло поглинає ВСЕ випромінювання і випромінює більше всіх інших тіл (що більше тіло поглинає, тим сильніше воно нагрівається; чим більше воно нагрівається, тим більше воно випромінює).

Нехай у нас є дві поверхні – сіра (з коефіцієнтом чорноти 0,5) та абсолютно чорна (коефіцієнт 1).

Коефіцієнт чорноти – це коефіцієнт поглинання.

Тепер на ці поверхні направивши однаковий потік фотонів, скажімо, 100 штук.

Сіра поверхня поглине 50 із них, чорна - усі 100.

Яка поверхня випускає більше світла - в якій "сидить" 50 фотонів або 100?

Випромінювання абсолютно чорного тіла вперше правильно розрахував Планк.

Випромінювання Сонця приблизно підпорядковується формулі Планка.

І так почнемо вивчати теорію...

Під випромінюванням (радіацією) розуміють випромінювання та поширення електромагнітних хвиль будь-якого виду. Залежно від довжини хвилі розрізняють: Ренгенівські, ультрафіолетові, інфрачервоні, світлове (видиме) випромінювання та радіохвилі.

Рентгенівське випромінювання- електромагнітні хвилі, енергія фотонів яких лежить на шкалі електромагнітних хвиль між ультрафіолетовим випромінюванням та гамма-випромінюванням, що відповідає довжинам хвиль від 10-2 до 103 Ангстрем. 10 Ангстрем = 1 нм. (0,001-100 нм)

Ультрафіолетове випромінювання(Ультрафіолет, УФ, UV) - електромагнітне випромінювання, що займає діапазон між фіолетовою межею видимого випромінювання і рентгенівським випромінюванням (10 - 380 нм).

Інфрачервоне випромінювання- електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі λ = 0,74 мкм) та мікрохвильовим випромінюванням (λ ~ 1-2 мм).

Зараз весь діапазон інфрачервоного випромінювання ділять на три складові:

Короткохвильова область: λ = 0,74-2,5 мкм;

Середньохвильова область: λ = 2,5-50 мкм;

Довгохвильова область: λ = 50-2000 мкм;

Видиме випромінювання- Електромагнітні хвилі, що сприймаються людським оком. Чутливість людського ока до електромагнітного випромінювання залежить від довжини хвилі (частоти) випромінювання, при цьому максимум чутливості припадає на 555 нм (540 терагерц) у зеленій частині спектру. Оскільки при віддаленні від точки максимуму чутливість спадає до нуля поступово, вказати точні межі спектрального діапазону видимого випромінювання неможливо. Зазвичай як короткохвильова межа приймають ділянку 380-400 нм (750-790 ТГц), а як довгохвильову - 760-780 нм (385-395 ТГц). Електромагнітне випромінювання з такими довжинами хвиль також називається видимим світлом або просто світлом (у вузькому значенні цього слова).

Радіовипромінювання(Радіохвилі, радіочастоти) - електромагнітне випромінювання з довжинами хвиль 5 10-5-1010 метрів і частотами, відповідно, від 6 1012 Гц і до декількох Гц. Радіохвилі використовуються при передачі даних у радіомережах.

Теплове випромінюванняє процесом поширення у просторі внутрішньої енергії випромінюючого тіла шляхом електромагнітних хвиль. Збудниками цих хвиль є матеріальні частинки, що входять до складу речовини. Для поширення електромагнітних хвиль не потрібно матеріального середовища, у вакуумі вони поширюються зі швидкістю світла і характеризуються довжиною хвилі або частотою коливань ν. При температурі до 1500 °С основна частина енергії відповідає інфрачервоному та частково світловому випромінюванню (λ=0,7÷50 мкм).

Слід зазначити, що енергія випромінювання випромінюється не безперервно, а вигляді певних порцій - квантів. Носіями цих порцій енергії є елементарні частинки випромінювання - фотони, які мають енергію, кількість рухів і електромагнітну масу. При попаданні інші тіла енергія випромінювання частково поглинається ними, частково відбивається і частково проходить крізь тіло. Процес перетворення енергії випромінювання у внутрішню енергію тіла, що поглинає, називається поглинанням. Більшість твердих та рідких тіл випромінюють енергію всіх довжин хвиль в інтервалі від 0 до ∞, тобто мають суцільний спектр випромінювання. Гази випромінюють енергію лише у певних інтервалах довжин хвиль (селективний спектр випромінювання). Тверді тіла випромінюють та поглинають енергію поверхнею, а гази – об'ємом.

Випромінювана в одиницю часу енергія у вузькому інтервалі зміни довжин хвиль (від λ до λ+dλ) називається потоком монохроматичного випромінювання Qλ. Потік випромінювання, що відповідає всьому спектру в межах від 0 до ∞, називається інтегральним або повним променистим потоком Q(Вт). Інтегральний променистий потік, що випромінюється з одиниці поверхні тіла по всіх напрямках напівсферичного простору, називається щільністю інтегрального випромінювання (Вт/м2).

Щоб зрозуміти цю формулу, розглянемо зображення.

Я не випадково зобразив два варіанти тіла. Формула справедлива лише для тіла квадратної форми. Так як випромінююча площа має бути плоскою. За умови, що випромінює лише поверхню тіла. Внутрішні частки не випромінюють.

Знаючи щільність випромінювання матеріалу, можна розрахувати, скільки енергії йде на випромінювання:

Необхідно розуміти, що промені, що виходять від площини, мають різну інтенсивність випромінювання по відношенню до нормалі площини.

Закон Ламберта. Промениста енергія, що випромінюється тілом, поширюється в просторі за різними напрямками з різною інтенсивністю. Закон, що встановлює залежність інтенсивності випромінювання від напрямку, називається законом Ламберта.

Закон Ламбертавстановлює, що кількість променистої енергії, що випромінюється елементом поверхні в напрямку іншого елемента, пропорційно добутку кількості енергії, що випромінюється за нормаллю, на величину просторового кута, складеного напрямком випромінювання з нормаллю

Дивись зображення.

Інтенсивність кожного промінця можна знайти за допомогою тригонометричної функції:

Тобто - це свого роду коефіцієнт кута, і він суворо підкоряється тригонометрії кута. Коефіцієнт працює лише чорного тіла. Оскільки частинки, що знаходяться поруч, будуть поглинати бічні промені. Для сірого тіла, необхідно враховувати кількість променів, що проходять крізь частинки. Відображення променів теж необхідно враховувати.

Отже, найбільше променистої енергії випромінюється в перпендикулярному напрямку до поверхні випромінювання. Закон Ламберта цілком справедливий для абсолютно чорного тіла і для тіл, що мають дифузне випромінювання при температурі 0 - 60°С. Для полірованих поверхонь закон Ламберта не застосовується. Для них випромінювання при куті буде більшим, ніж у напрямку, нормальному до поверхні.

Нижче ми обов'язково розглянемо більш об'ємні формули для розрахунку кількості тепла, що втрачається тілом. Але поки що необхідно дещо дізнатися додатково про теорію.

Трохи про визначення.Визначення стануть у нагоді, щоб правильно висловлюватися.

Зазначимо, більшість твердих і рідких тіл має суцільний (безперервний) спектр випромінювання. Це означає, що вони мають здатність випромінювати промені всіх довжин хвиль.

Навіть звичайний стіл у кімнаті як тверде тіло може випромінювати рентгенівське або ультрафіолетове випромінювання, але інтенсивність його настільки мала, що ми цього не те, що не помічаємо, його значення по відношенню до інших хвиль може наближатися до нульового значення.

Променистим потоком (або потоком випромінювання) називають відношення променистої енергії на час випромінювання, Вт:

де Q-енергія випромінювання, Дж; т – час, с.

Якщо променистий потік, що випромінюється довільною поверхнею у всіх напрямках (тобто в межах півсфери довільного радіусу) здійснюється у вузькому інтервалі довжин хвиль від λ до λ+Δλ, то його називають потоком монохроматичного випромінювання

Сумарне випромінювання з поверхні тіла по всіх довжинах хвиль спектра називається інтегральним або повним потоком випромінювання Ф

Інтегральний потік, що випускається з одиниці поверхні, носить назву поверхневої щільності потоку інтегрального випромінювання або випромінювання, Вт/м 2

Формулу можна застосовувати і за монохроматичного випромінювання. Якщо на поверхню тіла падає теплове монохроматичне випромінювання, то в загальному випадку частина, рівна λ цього випромінювання, поглинеться тілом, тобто. перетвориться на іншу форму енергії в результаті взаємодії з речовиною, частина F буде відбита, і частина D пройде крізь тіло. Якщо прийняти, що випромінювання, що падає на тіло, дорівнює одиниці, то

У λ +F λ +D λ =1

де λ , F λ , D λ - коефіцієнти відповідно поглинання, відображення

та пропускання тіла.

Коли межах діапазону величини, F, D залишаються постійними, тобто. Не залежить від довжини хвилі, то потреба в індексах відпадає. В цьому випадку

Якщо В= 1 (F = D = 0), то тіло, що повністю поглинає все випромінювання, що падає на нього незалежно від довжини хвилі, напрями падіння і стану поляризації випромінювання, називається чорним тілом або повним випромінювачем.

Якщо F=1 (В=D=0), то випромінювання, що падає на тіло, повністю відбивається. У тому випадку, коли поверхня тіла шорстка, то промені відбиваються розсіяно (дифузне відображення), і тіло називають білим, а коли поверхня тіла гладка і відображення слідує законам геометричної оптики, то тіло (поверхня) називають дзеркальним. У тому випадку, коли D = 1 (В=F=0), тіло проникне для теплових променів (діатермічно).

Тверді тіла та рідини для теплових променів практично непрозорі (D = 0), тобто. атермічні. Для таких тіл

Абсолютно чорних, як і прозорих чи білих тіл, у природі немає. Такі тіла мають розглядатися як наукові абстракції. Але все ж таки деякі реальні тіла можуть досить близько підходити за своїми властивостями до таких ідеалізованих тіл.

Слід зазначити, деякі тіла мають стосовно променів певної довжини хвилі одними властивостями, а променів інший довжини - іншими. Наприклад, тіло може бути прозорим для інфрачервоних променів та непрозорим для видимих (світлових) променів. Поверхня тіла може бути гладкою по відношенню до променів однієї довжини хвилі та шорсткої – для променів іншої довжини хвилі.

Гази, особливо що знаходяться під невеликим тиском, на противагу твердим і рідким тілам випромінюють лінійний спектр. Таким чином, гази поглинають і випромінюють промені лише певної довжини хвилі, інших променів вони не можуть ні випромінювати, ні поглинати. У цьому випадку говорять про селективне (вибіркове) поглинання та випромінювання.

У теорії теплового випромінювання важливу роль відіграє величина, яка називається спектральною щільністю потоку випромінювання, або спектральною випромінювальністю, що представляє собою відношення щільності променистого потоку, що випускається в нескінченно малому інтервалі довжин хвиль від λ до λ+Δλ, до розміру цього інтервалу довжин хвиль Δλ, Вт/ м 2 ,

де E - поверхнева щільність променистого потоку, Вт/м2.

Тепер сподіваюся Вам зрозуміло, що процес обчислення стає надважким. Нам ще в цьому напрямі працювати та працювати. Це кожен матеріал слід тестувати на різні температури. Але чомусь даних щодо матеріалів практично немає. Точніше я не знайшов експериментальний довідник за матеріалами.

Чому немає такого довідника за матеріалами?Тому що тепловим випромінюванням дуже маленькі, і я думаю, навряд чи перевищують 10% у наших побутових умовах. Тож у розрахунок їх не закладають. Ось коли ми часто літатимемо в космос, тоді і з'являться всі розрахунки. Точніше в нашій космонавтиці накопичилися дані за матеріалами, але у вільній доступності їх поки що немає.

Закон поглинання променистої енергії

Кожне тіло здатне поглинати якусь частину випромінюючої енергії про це нижче.

Якщо якесь тіло товщиною l, падає променистий потік (дивися малюнок), то загальному випадку при проходженні крізь тіло він зменшується. Приймають, що відносна зміна променистого потоку на шляху Δl прямо пропорційна шляху потоку:

Коефіцієнт пропорційності b називається показником поглинання, що залежить в загальному випадку від фізичних властивостей тіла та довжини хвилі.

Інтегруючи в межах від l до 0 і приймаючи b постійним, отримуємо

Встановимо зв'язок між спектральним коефіцієнтом поглинання тіла λ і спектральним показником поглинання речовини b λ .

З визначення спектрального коефіцієнта поглинання λ маємо

Після підстановки в це рівняння значення отримаємо співвідношення між спектральним коефіцієнтом поглинання λ і спектральним показником поглинання B λ .

Коефіцієнт поглинання λ дорівнює нулю при l 1 = 0 і b λ = 0. При великому значенні b λ досить вельми малого значення l, але все ж таки не рівного нулю, щоб значення λ було як завгодно близько до одиниці. У цьому випадку можна говорити, що поглинання відбувається у тонкому поверхневому шарі речовини. Тільки в цьому розумінні можна говорити про поверхневе поглинання. Для більшості твердих тіл завдяки великому значенню показника поглинання b λ має місце в зазначеному сенсі «поверхневе поглинання», у зв'язку з чим на коефіцієнт поглинання великий вплив має стан його поверхні.

Тіла, хоча і з малим значенням показника поглинання, як, наприклад, гази, можуть за їх достатньої товщини мати великий коефіцієнт поглинання, тобто. робляться непрозорими для променів цієї довжини хвилі.

Якщо b λ =0 для інтервалу Δλ, а для решти довжин хвиль b λ не дорівнює нулю, то тіло буде поглинати падаюче випромінювання тільки певних довжин хвиль. У цьому випадку, як було зазначено вище, говорять про селективний (вибірковий) коефіцієнт поглинання.

Підкреслимо принципову різницю між показником поглинання речовини b і коефіцієнтом поглинання тіла. Перший характеризує фізичні властивості речовини по відношенню до променів певної довжини хвилі. Значення λ залежить не тільки від фізичних властивостей речовини, з якої складається тіло, але і від форми, розмірів та стану поверхні тіла.

Закони випромінювання променистої енергії

Макс Планк теоретично на основі електромагнітної теорії встановив закон (що носить назву закону Планка), що виражає залежність спектральної випромінювальності чорного тіла Е 0λ від довжини хвилі λ та температури Т.

де E 0λ (λ, T) - випромінюваність чорного тіла, Вт/м 2; T – термодинамічна температура, K; C 1 і C 2 - постійні; 1 =2πhc 2 =(3,74150±0,0003) 10-16 Вт м 2; 2 =hc/k=(1,438790±0,00019) 10 -2 ; м K (тут h=(6,626176±0,000036) 10 -34 Дж с - постійна Планка; с=(299792458±1,2) м/с - швидкість поширення електромагнітних хвиль у вільному просторі: k - постійна Больцмана. )

З закону Планка випливає, що спектральна випромінювач може дорівнювати нулю при термодинамічній температурі, що дорівнює нулю (Т=0), або при довжині хвилі λ = 0 і λ→∞ (при Т≠0).

Отже, чорне тіло випромінює за будь-якої температури більше 0 К. (Т > 0) промені всіх довжин хвиль, тобто. має суцільний (безперервний) спектр випромінювання.

З вище зазначеної формули можна отримати розрахунковий вираз для випромінювання чорного тіла:

Інтегруючи в межах зміни від 0 до ∞ отримуємо

В результаті розкладання підінтегрального виразу в ряд і його інтегрування отримують розрахунковий вираз для випромінювання чорного тіла, яке називається законом Стефана-Больцмана:

де Е 0 - випромінюваність чорного тіла, Вт/м 2;

σ - постійна Стефана Больцмана, Вт/(м 2 К 4);

σ = (5,67032 ± 0,00071) 10 -8;

Т-термодинамічна температура, До.

Формулу часто записують у більш зручній для розрахунку формі:

Цю формулу ми використовуватимемо для розрахунків. Але це остаточна формула. Вона справедлива лише для чорних тіл. Про те, як використовувати для сірих тіл, буде описано нижче.

де E 0 - Коефіцієнт випромінювання чорного тіла; 0 = 5,67 Вт/(м 2 До 4).

Закон Стефана-Больцмана формулюють так: випромінюваність чорного тіла прямо пропорційна його термодинамічній температурі четвертою мірою.

Спектральний розподіл випромінювання чорного тіла за різних температур

λ – довжина хвилі від 0 до 10 мкм (0-10000 нм)

E 0λ - слід розуміти так: Якби об'ємом (м 3) чорного тіла перебувати певну кількість енергії (Вт). Це не означає, що воно випромінює таку енергію лише зовнішніми частинками. Просто якщо зібрати всі частинки чорного тіла в обсязі та виміряти кожну частинку випромінюваність у всіх напрямках і скласти їх усі, то ми отримаємо повну енергію на об'ємі, яка і вказана на графіку.

Як видно з розташування ізотерм, кожна з них має максимум, причому чим більше термодинамічна температура, тим більше значення E0λ, що відповідає максимуму, а точка максимуму переміщається в область більш коротких хвиль. Переміщення максимальної спектральної випромінюваності E0λmax в область більш коротких хвиль відоме під назвою

закону усунення Вина, за яким

T λ max = 2,88 10 -3 м К = const і λ max = 2,88 10 -3 /Т,

де λ max - довжина хвилі, що відповідає максимальному значенню спектральної випромінюваності E 0λmax .

Так, наприклад, при Т = 6000 К (приблизна температура поверхні Сонця) максимум Е 0λ розташовується в області видимого випромінювання, на яку падає близько 50% Сонця.

Елементарний майданчик під ізотермою, заштрихований на графіку, дорівнює Е 0λ Δλ. Зрозуміло, сума цих майданчиків, тобто. інтеграл є випромінюваністю чорного тіла E 0 . Отже, площа між ізотермою та віссю абсцис зображує в умовному масштабі діаграми випромінюваність чорного тіла. При невеликих значеннях термодинамічної температури ізотерми проходять у безпосередній близькості до осі абсцис, і вказана площа стає настільки малою, що її можна вважати рівною нулю.

Велику роль у техніці відіграють поняття про так звані сірі тіла і сірий випромінювання. Сірим називається неселективний тепловий випромінювач, здатний випромінювати суцільний спектр, зі спектральною випромінювальністю E λ для хвиль всіх довжин і при всіх температурах, що становить незмінну частку від спектральної випромінювальності чорного тіла Е 0λ тобто.

Постійна ε називається коефіцієнтом чорноти теплового випромінювача. Для сірих тіл коефіцієнт чорноти ε

На графіку схематично показані криві розподіли по довжинах хвиль спектральної випромінювальності абсолютно чорного тіла Е λ (ε = 1) та спектральної випромінювальності сірого тіла Еλ тієї ж температури, що й чорне тіло (при ε = 0,5 та ε = 0,25). Випромінювання сірого тіла

твір

називається коефіцієнтом випромінювання сірого тіла.

Отримані з досвіду значення коефіцієнта випромінювання дано у довідковій літературі.

Більшість тіл, що застосовуються в техніці, можуть бути прийняті за сірі тіла, і їхнє випромінювання - за сіре випромінювання. Точніші дослідження показують, що це можливо тільки в першому наближенні, проте достатньо для практичних цілей. Відхилення від закону Стефана-Больцмана для сірих тіл зазвичай враховується тим, що коефіцієнт випромінювання приймають залежать від температури. У зв'язку з цим у таблицях вказується інтервал температур, котрим експериментально визначено значення коефіцієнта випромінювання З.

Надалі для спрощення висновків вважатимемо, що коефіцієнт випромінювання сірого тіла не залежить від температури.

Коефіцієнти чорноти деяких матеріалів

(Матеріал / Температура у °С / Величина Е)

Алюміній окислений/200-600/0,11 -0,19

Алюміній полірований / 225-575 / 0,039-0,057

Цегла червона / 20 / 0,93

Цегла вогнетривка / - / 0,8-0,9

Мідь окислена / 200-600 / 0,57-0,87

Окислений свинець / 200 / 0,63

Сталь шліфована / 940-1100 / 0,55-0,61

Чавун обточений / 830-910 / 0,6-0,7

Чавун окислений / 200-600 / 0,64-0,78

Алюміній полірований / 50-500 / 0,04-0,06

Бронза / 50 / 0,1

Залізо листове оцинковане, блискуче / 30 / 0,23

Жерсть біла, стара / 20 / 0,28

Золото поліроване / 200 - 600 / 0,02-0,03

Латунь матова / 20-350 / 0,22

Мідь полірована / 50-100 / 0,02

Нікель полірований / 200-400 / 0,07-0,09

Олово блискуче / 20-50 / 0,04-0,06

Срібло поліроване / 200-600 / 0,02-0,03

Сталевий листовий прокат / 50 / 0,56

Сталь окислена/200-600/0,8

Сталь сильно окислена / 500 / 0,98

Чавунне лиття / 50 / 0,81

Азбестовий картон / 20 / 0,96

Дерево стругане / 20 / 0,8-0,9

Цегла вогнетривка / 500-1000 / 0,8-0,9

Цегла шамотна / 1000 / 0,75

Цегла червона, шорстка / 20 / 0,88-0,93

Лак чорний, матовий / 40-100 / 0,96-0,98

Лак білий/40-100/0,8-0,95

Олійні фарби різних кольорів / 100 / 0,92-0,96

Сажа лампова / 20-400 / 0,95

Скло / 20-100 / 0,91-0,94

Емаль біла / 20 / 0,9

Закон Кірхгофа

Закон Кірхгофа встановлює залежність між випромінювальністю та коефіцієнтом поглинання сірого тіла.

Розглянемо два паралельні сірі тіла нескінченної протяжності з плоскими поверхнями площею А кожне.

Нескінченно протяжна площина дає можливість наблизити розрахунки щодо знаходження реального випромінювання на практичних та теоретичних дослідах. При теоретичних дослідах знаходять реальне значення за рахунок інтегральних виразів, а при дослідах велика площина наближає розрахунки до реальних значень. Тим самим ми як би великою нескінченною площиною гасимо вплив непотрібних бічних і кутових випромінювань, які відлітають і не поглинаються експериментальними пластинами.

Тобто, якщо коефіцієнт помножити на випромінювач, то отримаємо результуюче значення випромінювання (Вт).

Можна покласти, що всі промені, що посилаються одним тілом, повністю потрапляють на інше. Приймемо, що коефіцієнти пропускання цих тіл D 1 = D 2 = 0 між поверхнями двох площин знаходиться теплопрозоре (діатермічна) середовище. Позначимо через E 1 , B 1 , F 1 , T 1 і E 2 , B 2 , F 2 , T 2 відповідно випромінюваності, коефіцієнти поглинання, відображення і температури поверхонь першого і другого тіл.

Потік променистої енергії від поверхні 1 до поверхні 2 дорівнює добутку випромінюваності поверхні 1 її площу А, тобто. Е 1 А, з якого частина Е 1 В 2 А поглинається поверхнею 2, а частина Е 1 F 2 А відбивається назад на поверхню 1. З цього відбитого потоку Е 1 F 2 А поверхня 1 поглинає E 1 F 2 B 1 A і відображає E 1 F 1 F 2 A. З відбитого потоку енергії E 1 F 1 F 2 A поверхню 2 знову поглине E 1 F 1 F 2 B 2 A і відобразить E 1 F 1 F 2 A і т.д.

Аналогічно відбувається передача променистої енергії потоком Е 2 від поверхні 2 до поверхні 1. У результаті потік променистої енергії, поглинений поверхнею 2 (або відданий поверхнею 1),

Потік променистої енергії, поглиненої поверхнею 1 (або відданою поверхнею 2),

В остаточному підсумку потік променистої енергії, переданої поверхнею 1 до поверхні 2, дорівнюватиме різниці променистих потоків Ф 1→2 і Ф 2→1 тобто.

Отримане вираз справедливо за всіх значеннях температур Т 1 і Т 2 і, зокрема, при Т 1 = Т 2 . В останньому випадку система, що розглядається, знаходиться в динамічній тепловій рівновазі, і на підставі другого початку термодинаміки необхідно покласти Ф 1→2 = Ф 2→1 звідки слідує

Е 1 В 2 = Е 2 B 1 або

Отримана рівність зветься закону Кірхгофа: відношення випромінювальності тіла до його коефіцієнта поглинання для всіх сірих тіл, що знаходяться при одній і тій же температурі, однаково і дорівнює випромінювальності чорного тіла при тій же температурі.

Якщо якесь тіло має малий коефіцієнт поглинання, наприклад, добре полірований метал, то це тіло має і малу випромінювальність. На цій підставі для зменшення втрат теплоти випромінюванням у зовнішнє середовище тепловіддають поверхні покривають листами полірованого металу для теплової ізоляції.

Під час виведення закону Кірхгофа розглядалося сіре випромінювання. Висновок залишиться справедливим і в тому випадку, якщо теплове випромінювання обох тіл розглядається лише в деякій частині спектра, однак має однаковий характер, тобто. обидва тіла випромінюють промені, довжини хвиль яких лежать в одній і тій же довільній спектральної області. У граничному випадку приходимо до випадку монохроматичного випромінювання. Тоді

тобто. для монохроматичного випромінювання закон Кірхгофа має бути сформульований так: відношення спектральної випромінювальності будь-якого тіла при певній довжині хвилі до його коефіцієнта поглинання при тій же довжині хвилі однаково для всіх тіл, що знаходяться при однакових температурах, і дорівнює спектральній випромінюваності чорного тіла при тій же довжині хвилі і тієї ж температури.

Укладаємо, що з сірого тіла У = ε, тобто. поняття «коефіцієнт поглинання» і «коефіцієнт чорноти» для сірого тіла збігаються. За визначенням коефіцієнт чорноти не залежить ні від температури, ні від довжини хвилі, а отже, і коефіцієнт поглинання сірого тіла також не залежить ні від довжини хвилі, ні від температури.

Випромінювання газів

Випромінювання газів суттєво відрізняється від випромінювання твердих тіл. Поглинання та випромінювання газів – селективне (вибіркове). Гази поглинають і випромінюють променисту енергію тільки в певних, досить вузьких інтервалах довжин хвиль - так званих смугах. У решті спектра гази не випромінюють і не поглинають променистої енергії.

Двохатомні гази мають мізерно малою здатністю поглинати променисту енергію, а отже, і малою здатністю її випромінювати. Тому ці гази зазвичай вважають діатермічними. На відміну від двоатомних газів багатоатомні, в тому числі і триатомні гази, мають значну здатність випромінювати і поглинати променисту енергію. З триатомних газів в області теплотехнічних розрахунків найбільший практичний інтерес становлять вуглекислий газ (CO 2 ) і водяна пара (H 2 O), що мають три смуги випромінювання.

На відміну від твердих тіл, показник поглинання для газів (звичайно, в області смуг поглинання) малий. Тому для газоподібних тіл вже не можна говорити про «поверхневе» поглинання, оскільки поглинання променистої енергії відбувається в кінцевому обсязі газу. У цьому сенсі поглинання та випромінювання газів називаються об'ємними. Крім того, показник поглинання b для газів залежить від температури.

За законом поглинання спектральний коефіцієнт поглинання тіла може бути визначений за:

Для газоподібних тіл ця залежність дещо ускладнюється тим, що коефіцієнт поглинання газу впливає його тиск. Останнє пояснюється тим, що поглинання (випромінювання) протікає тим інтенсивніше, чим більше молекул зустріне промінь на своєму шляху, а об'ємне число молекул (відношення числа молекул до обсягу) прямо пропорційно тиску (при t = const).

У технічних розрахунках газового випромінювання зазвичай поглинають гази (CO 2 і H 2 O) входять як компоненти до складу суміші газів. Якщо тиск суміші p, а парціальний тиск поглинаючого (або випромінюючого) газу р i , то необхідно замість l підставити величину р i 1. Величина р i 1, що являє собою добуток тиску газу на його товщину, носить назву ефективної товщини шару. Таким чином, для газів спектральний коефіцієнт поглинання

Спектральний коефіцієнт поглинання газу (у просторі) залежить від фізичних властивостей газу, форми простору, його розмірів та температури газу. Тоді відповідно до закону Кірхгофа спектральна випромінювач

Випромінювання в межах однієї смуги спектру

За цією формулою визначають випромінюваність газу у вільний простір (порожнечу). (Вільний простір можна розглядати як чорний простір при 0 К.) Але газовий простір завжди обмежений поверхнею твердого тіла, що у загальному випадку має температуру Т ст ≠ Т г і коефіцієнт чорноти ε ст

Випромінювання газу в замкнутому просторі дорівнює сумі випромінювань, взятих по всіх смугах спектру:

Досвідчені дослідження показали, що випромінюваність газів не слідує закону Стефана-Больцмана, тобто. залежно від четвертого ступеня абсолютної температури.

Однак для практичних розрахунків випромінювання газів користуються законом четвертих ступенів, вводячи відповідну поправку значення коефіцієнта чорноти газу ε г:

Тут ε г = f(T, p l)

Середня довжина шляху променя

де V-газовий обсяг; А – площа поверхні оболонки.

Випромінюваність газу, компонентами якого є CO 2 і H 2 O (газоподібні продукти згоряння), до оболонки сірого тіла

у якій останній член враховує власне випромінювання оболонки.

Так званий ефективний коефіцієнт чорноти оболонки ε" ст, більший, ніж ε ст, у зв'язку з наявністю випромінюючого газу.

Коефіцієнт чорноти газу при температурі газу t г

Значення ступеня чорноти CO2 і H2O в залежності від температури при різних значеннях параметра p i l наведені на малюнку.

Поправочний коефіцієнт β визначають за графіком.

Смуги випромінювання та поглинання для С02 і Н20 дещо перекривають одна одну, у зв'язку з чим частина енергії, що випромінюється одним газом, поглинається іншим. Тому коефіцієнт чорноти суміші вуглекислого газу та водяної пари при температурі стінки t ст

де Δε г - поправка, що враховує зазначене поглинання. Для газоподібних продуктів згоряння звичайного складу Δε г = 2 - 4% і нею можна знехтувати.

Можна сприйняти, що з ε ст = 0,8 + 1,0 ефективний коефіцієнт чорноти оболонки ε" ст = 0,5(ε ст + 1).

Зазначені особливості випромінювання та поглинання газів дозволяють встановити механізм так званого «парникового ефекту», який істотно впливає на формування та зміну клімату Землі.

Більшість сонячної радіації проходить крізь атмосферу і нагріває поверхню Землі. У свою чергу, Землею випускається інфрачервоне випромінювання, внаслідок чого вона охолоджується. Однак частина цього випромінювання поглинається багатоатомними («парниковими») газами атмосфери, яка внаслідок цього відіграє роль «ковдри», що утримує теплоту. При цьому найбільший вплив на глобальне потепління мають такі «парникові» гази, як двоокис вуглецю (55%), фреони та споріднені з ним гази (25%), метан (15%) та ін.

На наступній сторінці ще будуть порушені деякі закони. Також буде детальне пояснення, як відбувається теплове випромінювання через вікно. Будуть описані деякі фактори, що впливають на теплообмін випромінюванням, а також реальні завдання на випромінювання.

Експериментально виявлено, що теплове випромінювання від нагрітого тіла притягує – а не відштовхує! - атоми, що знаходяться поблизу. Хоча явище ґрунтується на добре відомих ефектах атомної фізики, воно тривалий час залишалося непоміченим і було теоретично передбачено лише чотири роки тому.

Зсув рівнів енергії за рахунок теплового випромінювання

Нещодавно в архіві електронних препринтів з'явилася , що повідомляє про експериментальне підтвердження того, що теплове випромінювання від гарячого тіла здатне притягувати до тіла атоми, що знаходяться поблизу. Ефект виглядає, здавалося б, протиприродним. Теплове випромінювання, випущене нагрітим тілом, летить геть від джерела - так чому ж воно здатне викликати силу тяжіння?!

Показати коментарі (182)

Згорнути коментарі (182)

В обговоренні, як це майже завжди зараз відбувається, постульовано один із варіантів "пояснення". Насправді, його застосування потрібно було обґрунтувати.
Ігоре! Ви дуже гарна людина. Ось уже не один рік Ви котите камінь своєї місії.
Що таке гравітація? Хіба її механічний розгляд знову став науковим?
В описаному експерименті було зареєстровано зміну інерції.
Решта від лукавого, так?
Дуже цікавий перебіг думок про дошку на хвилях. (я сам із колишніх).
Тим не менш, там можуть бути різні прості ефекти. Наприклад, рух у бік зниження дна. У цій ситуації кожна наступна хвиля може бути трохи нижче і все ще має вертикальну компоненту.

Цікаво, а додавання нанотрубок до асфальту ніяк не пов'язане з премією за топологію?
Ні?
На поверхні ЕМ хвилі не малюються?
Ну, так, ... так.
І знову ці вихори на рівні Декарта

Відповісти

Основна цінність цієї статті – вона руйнує деякі стереотипи і змушує міркувати, що сприяє розвитку творчого мислення. Я дуже радий, що такі статті тут почали з'являтися.

Можна трохи пофантазувати. Якщо ще знижувати енергію тіла (об'єкта), включаючи енергію внутрішніх взаємодій елементарних частинках, то енергія об'єкта стане негативною. Такий об'єкт виштовхуватиметься звичайною гравітацією і матиме властивість антигравітації. На мій погляд, сучасний вакуум нашого Світу не має абсолютної нульової енергії – т.к. він є добре структурованим середовищем, на відміну абсолютного хаосу. Просто рівень енергії вакууму в шкалі енергії прийнятий рівним нулю. Тому може існувати рівень енергії менший за рівень енергії вакууму - у цьому нічого містичного немає.

Відповісти

"Повертаючись до вихідної теоретичної статті 2013 року, згадаємо потенційну важливість цього ефекту не тільки для атомних експериментів, а й для космічних явищ. Автори розглянули сили, що діють усередині хмари пилу щільністю 1 г/см3, нагрітої до 300 К і що складається з частинок розміром 5 мікрон.
Чи немає тут помилок? Аж надто велика щільність пилової хмари, як у верхнього шару реголіту.
І по самому явищу: а якщо взяти більш нетривіальний варіант завдання - дія теплового випромінювання на частинку, що неполяризується, наприклад, електрон. Куди буде спрямована сила? Нагрівач – 100% діелектрик.

Відповісти

Так, це висока щільність, на межі злипання порошин.
У ізольованого електрона немає рівнів енергії, йому нема чого знижувати. Та й дипольний момент у нього відсутня, в межах похибок (там у тексті є посилання на пошуки ЕДМ електрона). Тому на нього ця сила не діє. До того ж він заряджений, на ньому добре розсіюються фотони, так що в цілому він просто відштовхуватиметься за рахунок тиску.

Відповісти

Далекий інфрачервоний спектр зручний тим, що енергії фотонів все ще малі, тому всі вимоги виконуються. Нижчі температури теж підійдуть, але ефект вже дуже слабкий. При температурах тисячі градусів розсіювання фотонів вже набагато сильніше, і воно перебиває цей ефект.

Відповісти

Я не про нагріте тіло говорив. А про інші випромінювачі та спектри.
Все, що ми тут обговорюємо, це хвильові ефекти. Значить вони не можуть бути обмежені лише інфрачервоним діапазоном.
Чи правильно я розумію, що, залежно від розміру частинки, потрібно підбирати відповідну довжину хвилі?
Для важких атомів чи атомів водню треба підбирати свою частоту щоб тяжіння було максимальним?
Зараз у моїй голові крутиться прикольна ідея як таке перевірити наприклад на хвилях у басейні чи морі.
Тобто. зробити механічну іграшку, яка пливтиме проти хвиль.
Що думаєте щодо такої можливості?

Відповісти
- 1) Довжина хвилі повинна бути істотно більшою за розмір частинки.
  2) Сама система не повинна взаємодіяти із зовнішнім впливом як ціле, взаємодія здійснюється лише за рахунок індукованої поляризації.
  3) Повинен бути дискретний спектр збуджень, а енергії квантів повинні бути суттєво менше відстаней між рівнями, інакше хвилі легко розсіюватимуться і чинити тим самим тиск. За виконання цих умов ефект від довжини хвилі не залежить.
  4) Сила має бути векторною, а не скалярною, щоб знижувати енергію системи.
  А тепер уявіть, чи це можна реалізувати для хвиль на воді.
  
  Відповісти
  - Частково цей ефект я добре спостерігаю у реальному світі. Я люблю ганятися на яхтах. І майстри спорту з яхтингу виграють регати саме за рахунок уміння правильно ходити проти хвилі. Тобто. якщо все робити грамотно, то хвилі, що набігають, надають яхті додаткову енергію.
    Фактично, це парадокс. Але він добре помітний у перегонах. Як тільки піднімаються хвилі, відразу відбувається "квантування" за рівнями майстерності)) Любителі загальмовуються, а профі навпаки отримують додаткову перевагу.
    Тож така іграшка цілком реальна.
    Я налаштовував свою яхту так, що вона йшла без керування і будь-якого втручання проти вітру та проти хвиль без проблем.
    Якщо копати глибше, то саме таке налаштування дає максимальну перевагу.
    Скажімо так, якщо уявити точкове джерело сильного вітру посередині озера, то моя яхта прагнутиме до нього і ходитиме кругами до нескінченності...
    дуже красива та реальна аналогія наприклад руху землі навколо сонця)))
    і створюється враження, що є якась сила, яка тягне яхту до джерела вітру.
    До речі можна завдання винести на елементи і оцінити мінімальну відстань на яку яхта може підійти до джерела вітру.
    Нагадаю, що яхта під вітрилами ходить проти вітру галсами, описуючи подобу синусоїди. Повертає вона лише крізь ніс. Якщо її розгорне то магія зникне і вона піде назад за вітром.
    
    Відповісти
    
    Ви, на мою думку, трохи заплуталися. У ходінні галсом немає ніяких схожих на описуваний ефектів. Там складна сума цілком певних сил, що дає результуючу силу, яка має ненульову негативну проекцію вздовж осі напрямку вітру.
    
    Відповісти

А ось простий експеримент із нашої теми. Чи можете пояснити?

За рахунок чого крива траєкторія виявляється швидше ніж шлях прямою?

Очевидно, що якщо ми це спостерігаємо в нашому масштабі, то в квантовому світі буде так само. І в світі макро теж.

Відповісти

Банальна шкільна задача з фізики. Спрощуємо модель до однієї прямолінійної траєкторії з малим кутом до горизонталі - і траєкторії у вигляді лінії зі зламом, де перша ділянка нахилена до горизонту значно сильніша, а у другого нахил ще менший, ніж у першої траєкторії. Початок і кінець траєкторій той самий. Тертям знехтуємо. І розрахуємо час прибуття до "фінішу" для вантажу одним і іншим шляхом. 2-й з-н Н. (восьмикласники знають, що це) дасть, що час прибуття до фінішу по другій траєкторії менший. Якщо тепер доповніть завдання другою частиною установки, що представляє дзеркальне відображення щодо вертикалі в кінці траєкторії, трохи округліть краї, то отримаєте свій випадок. Банальщина. Рівень "С" на ЄДІ з фізики. Навіть не олімпіадна задача за складністю

Відповісти
- Ваша ідея зі спрощенням мені подобається. Може це допоможе дітлахам. Дайте час мені подумати та спробувати поговорити з підлітками.
  А якщо без спрощення і все так банально, то яка форма траєкторії найшвидша?
  
  Відповісти

"При температурах у тисячі градусів розсіювання фотонів вже набагато сильніше, і воно перебиває цей ефект."

Саме так!!!
Імовірно цей ефект працює в обмеженій зоні та відповідних видів енергетичних взаємодій. "Частотна дисперсія" та відповідна їй динаміка - превалюють у граничних зонах. Деякі нюанси цих процесів у 1991 році намагався розкопати Володя Лісін, але так,
мабуть і не встиг. (просто я не зміг до нього додзвонитися). На мою думку, цей ефект згасає в міру зменшення температурних градієнтів та (інтенсивності конвекційних потоків) в аналізованій зоні.
http://maxpark.com/community/5302/content/3334997#comment-44 797112
#10 MAG » 04.09.2015, 22:02
http://globalwave.tv/forum/viewtopic.php?f=20&t=65
Пролетіли сторіччя, але без чудес... - "ні туди, ні сюди": (Фільм 7. Теплота і температура)
https://www.youtube.com/watch?v=FR45i5WXGL8&index=7& list=PLgQC7tmTSjqTEDDVkR38piZvD14Kde
rYw

Відповісти

Кумедний ефект. Він може пролити світло на проблему першого грама при утворенні планет - як мікроскопічний пил може злипнутись у газо-пиловій хмарі. Поки атом, наприклад, водню, далеко від частинок, він знаходиться практично в ізотропному тепловому випромінюванні. Але якщо до нього ненароком підійдуть дві порошинки, то, взаємодіючи своїм випромінюванням з атомом, отримають імпульс один до одного! Сила ж у багато разів більша за гравітаційну.

Відповісти

Для злипання порошинок не треба городити такої крутої фізики. Так що "порошини", ми ж все розуміємо, що мова швидше за все йде про H2O, як основний твердий компонент у багатьох хмарах? З'єднання вуглецю з воднем надміру летучи (до пентану), про аміак взагалі нічого не скажу, речовини крім H, He, C, N, O – у меншості, на складну органіку теж мало надій. Тож твердою буде в основному вода. Ймовірно, що в реальних хмарах газу крижинки-сніжинки рухаються досить хаотично і відносно швидко, я вважаю, що зі швидкостями щонайменше сантиметри в секунду. Подібний ефект, як у статті, просто не створить такого потенціалу, щоб сніжинки стикалися – характерні відносні швидкості сніжинок надто великі та сніжинки проходять потенційну яму один за одним за частки секунди. Але не біда. Сніжинки і так часто стикаються і чисто механічно на цьому втрачають енергію. Якоїсь миті вони злипнуться за рахунок молекулярних сил у момент контакту і залишаться разом, так що утворюватимуться снігові пластівці. Тут, щоб скачати невеликі та дуже пухкі сніжки, не потрібне ні теплове, ні гравітаційне тяжіння – потрібне лише поступове перемішування хмари.
Також думаю, що розрахунок у статті має грубу помилку. Враховувалося попарне тяжіння порошин. Але пил у щільному хмарі непрозора і дає рівномірний жар з усіх боків, тобто. маємо порошинку всередині теплої порожнистої камери. І ось з чого б вона летіла в область найближчого пилку? Тобто. щоб тяжіння працювало, потрібен холодний космос, а в щільній хмарі його не видно, а отже, немає і теплового градієнта.

Відповісти
- >Також вважаю, що розрахунок у статті має грубу помилку. Враховувалося попарне тяжіння порошин. Але пил у щільному хмарі непрозора і дає рівномірний жар з усіх боків, тобто. маємо порошинку всередині теплої порожнистої камери.
  Ось тут не погоджуся. Тут можна здійснити аналогію з плазмою. У наближенні ідеальної плазми без зіткнення все приблизно як ви кажете: розглядається середнє поле, яке, без зовнішніх зарядів і струмів, дорівнює нулю - вклади від заряджених частинок повністю один одного компенсують. Тим не менш, коли ми починаємо розглядати окремі іони, виявляється, що вплив з боку найближчих сусідів таки присутній, і його необхідно враховувати (що робиться через зіткнення Ландау). Характерна відстань, за якою про попарну взаємодію можна забути, - дебаєвський радіус.
  Для цієї взаємодії, вважаю, аналогічний параметр буде нескінченним: інтеграл від 1/r^2 сходиться. Для суворого доказу треба було б побудувати кінетичне рівняння для " туману " з крапель із такою взаємодією. Ну, або скористатися рівнянням Больцмана: перетин розсіювання кінцевий, отже, так хитрувати, як у плазмі, вводячи середнє поле, не доведеться.
  Ну, думав, цікава ідея для статті, а все тривіально. :(
  А в статті, що обговорюється, надійшли дуже просто: оцінили загальну потенційну енергію сферичної хмари з мікрочастинок з гаусовим розподілом. Для гравітації є готова формула, при цьому взаємодії (на асимптотиці r>>R) порахували. І виявилося, що є помітна область, де внесок гравітації набагато менший.
  
  Відповісти
  - > Для аналізованої взаємодії, вважаю, аналогічний параметр буде нескінченним
    Може, нульовим? У цілому нині я дуже зрозумів ваш пост, у ньому надлишок математики яку не знаю, коли тут простіше - щоб була неврівноважена сила, потрібен градієнт щільності випромінювання, коли градієнта немає, сили рахуй немає, т.к. вона однакова на всі боки.
    > І виявилося, що є помітна область, де внесок гравітації набагато менше.
    Чи не можна трохи конкретніше? Я не дуже розумію, як цей ефект може допомагати освіті чогось у космосі, щоб мати хоч якесь значення. На мене так обчислена марна величина. Як все одно що доводити, що ефект у більш ніж у 100500 разів сильніший за гравітаційну взаємодію між сусідніми атомами в атмосфері Юпітера - я погоджуся, але це лише тому, що гравітаційна взаємодія окремих порошинок загалом не цікава взагалі. Натомість гравітація хоча б не екранується.
    Ефект, вважаю, посилюється в ближньому полі, коли відстань прагне 0, але це вже опис як саме відбувається зіткнення порошин, якщо вони вже зіткнулися.
    PS: потенціал порошинки в тепловому випромінюванні, я розумію, по порядку величини залежить від розмірів хмари - цей потенціал залежить від щільності випромінювання, тобто. від температури та ступеня непрозорості хмари. Ступінь непрозорості по порядку величини можна взяти 1. Виходить, неважливо яка у нас хмара, значення має лише середня температура навколо. Наскільки великий цей потенціал, якщо виразити його у величині кінетичної енергії м/c? (Порахувати може і можу, але може їсти готове рішення?) Також якщо хмара непрозора, то потенціал хмари в цілому буде функцією від площі поверхні хмари. Цікаво, отримали той самий поверхневий натяг, але трохи іншим чином. А всередині хмари пилюка буде вільною.
    
    Відповісти

Ви відкрийте статтю 2013 року, подивіться там нескладно, там все описано звичайною людською мовою.

Вони для ілюстрації взяли хмару кінцевого радіусу 300 метрів і тупо підставили числа у формули для ситуації всередині та зовні хмари. Головне зауваження в тому, що навіть зовні на відстані чи кілометр від центру теплове тяжіння все ще сильніше за гравітаційне. Це просто для того, щоб відчути масштаб ефекту. Вони визнають, що реальна ситуація набагато складніша, і моделювати її треба ретельно.

Відповісти

Пил в основному представлений (при 400 ° К) олівіном, сажею та частинками кремнію. Ними "коптять" червоні надгіганти.
Пилинки переробляють кінетичну енергію на теплову. І вони взаємодіють не один з одним, а з атомами або молекулами, що опинилися поблизу, і які прозорі для випромінювання. Оскільки r - у кубі, то порошинки, що опинилися в міліметрі, сантиметрі від АТОМА, тягнуть його кожен на себе, при цьому з'являється результуюча сила, що зближує порошинки. При цьому порошинки за метр - ігноруються через зменшення сили взаємодії в мільярди (а то й трильйони) разів.

Відповісти

«Це випромінювання розходиться на всі боки, тому щільність його енергії падає з відстанню як 1/r2. Атом, перебуваючи поблизу, відчуває це випромінювання – адже воно знижує його енергію. А оскільки атом прагне знизити свою енергію взаємодії якнайсильніше, йому енергетично вигідно наблизитися до кулі - адже там зниження енергії найбільш істотно!»
Але, дозвольте, якщо атом прямує до нагрітої кулі, він ніяк не знизить свою енергію, а, навпаки, тільки підвищить її. Вважаю, що це не коректне пояснення.

Відповісти

Тут вигадав завдання. Нехай є термостабілізована камера, складена з двох чорних напівсфер різного радіусу, орієнтованих у різні боки, та додаткового плоского кільця. Нехай ліва напівсфера має менший радіус, ніж права, плоска перегородка робить область камери замкненою. Нехай атом знаходиться в центрі кривизни кожної з двох напівсфер і нерухомий. Нехай півсфери теплі. Питання - чи атом відчуватиме теплову силу в одну зі сторін?

Тут бачу 2 рішення: 1) у такій камері швидко виникне теплове рівновагу, тобто. щільність випромінювання буде однаковою з усіх боків, причому однаковою у будь-якій з точок камери. Якщо щільність теплового випромінювання у камері залежить від обраної точки, те й потенціал взаємодії з випромінюванням не змінюється, отже немає й сили.
2) Неправильне рішення. Розбиваємо стінку на елементи поверхні рівної площі та інтегруємо силу взаємодії атома з елементом поверхні. Виходить, що плоске кільце дає нульовий вклад, а найближча ліва поверхня має квадратично менше точок, кожна з яких тягне в куб разів сильніше - тобто. порошинка летить до найближчої поверхні, тобто. ліворуч.

Як видно, відповідь зовсім різна.

Пояснення протиріччя. Якщо ми маємо випромінюючий елемент несферичної форми, він світить не на всі боки однаково. Як результат, маємо градієнт щільності випромінювання, напрямок якого не спрямований на випромінювач. Далі отримуємо ось що - розбивати складну поверхню на крапки, і розглядати їх як круглі порошинки стає зовсім вже некоректно.

Відповісти

Тут ще цікавіше завдання на думку спало. Нехай у нас є випромінювач тепла у вигляді плоского чорного кільця, радіуси якого зовнішній та внутрішній дорівнюють R та r. І на осі кільця, на відстані h розташований атом. Вважати h<

Рішення 1 (неправильне!). Розбити кільце на "порошини", далі брати інтеграл сили тяжіння атома та елементів кільця по поверхні. Розрахунок цікавий, т.к. так чи інакше, отримаємо, що атом втягується в кільце.
Рішення 2. З торця кільце світити неспроможна чи світить зникаюче мало, тобто. потенціал енергії атома в точках площини кільця звертається до 0 (максимум потенціалу). Випромінювання кільця буде ненульовим у точках, висота яких над площиною кільця відмінна від 0, в цих точках буде ненульовий потенціал (менше 0). Тобто. маємо градієнт щільності випромінювання, що локально (при h~=0, h<

Здається мені, що рішення 1 містить помилку, я начебто розумію де, але не можу пояснити простими словами.

Це завдання показує ось що. Атом не притягується до випромінюючого об'єкту, тобто. вектор сили не спрямований на поверхню, що випромінює. Нам зовсім не важливо ЗВІДКИ йде випромінювання, нам важливо СКІЛЬКИ випромінювання в цій точці і який градієнт щільності випромінювання. Атом йде у бік градієнта щільності випромінювання, а цей градієнт може бути спрямований навіть у ту напівплощину, в якій немає жодної точки випромінювача.

Завдання 3. Те саме кільце що у п.2, але атом спочатку у точці h = 0. Цей стан рівноважний і симетричний, але нестійкий. Рішенням буде спонтанне порушення симетрії. Атом виштовхнеться з місця центру симетрії, т.к. воно нестійке.

Також я звертаю увагу - не треба заміняти хмару на порошинки, що притягуються. Вийде погано. Якщо 3 порошинки встануть на одній прямій, і злегка затінять одна одну, то симетрія спонтанно порушиться, цього немає в гравітаційних силах, т.к. гравітація не екранується.

Відповісти

У мене питання (не лише до Ігоря, а до всіх). Як потенційна енергія входить до гравітаційної маси системи? Мені хочеться розібратися із цим питанням. Наприклад, всесвіт складається з рівномірно розташованих у просторі порошин, які гравітаційно один з одним взаємодіють. Очевидно, що така система має велику потенційну енергію, оскільки є стан системи, в якій ці порошинки сконцентровані в галактики, кожна з яких має меншу потенційну енергію, в порівнянні з розкиданими по простору порошинками з яких вони складаються. Конкретне питання полягає в наступному – чи входить потенційна енергія цієї системи до гравітаційної маси всесвіту?
Мені здається, що це питання стосується теми, яку порушив PavelS. У нескінченному всесвіті не можна виділити сферу, що її охоплює. А всередині будь-якої іншої сфери, наприклад, що охоплює галактику, гравітаційний потенціал, створюваний матерією, розташованої за сферою (розташованої на великих масштабах практично рівномірно за простором), не впливає на поведінку тіл усередині цієї сфери. Тому говорити про входження потенційної енергії в гравітаційну масу можна лише по відношенню до локальних неоднорідностей розподілу матерії.

Відповісти

Я таке питання не порушував. :) Також мені здавалося, що розширення всесвіту з урахуванням темної енергії та почервонінням фотонів порушує закон збереження енергії, але за великого бажання можна вивернутися і сказати, що повна енергія всесвіту все одно 0, т.к. речовина знаходиться в потенційній ямі, і чим більше речовини, тим яма глибша. За що купив, за те продаю – сам у деталях не сильний.
Для потенційну енергію, вона в основному вважається меншою за нуль. Тобто. вільні частинки - це нуль, пов'язані - це вже менше ніж 0. Отже негативна потенційна енергія працює як негативна маса (дефект маси) - маса системи менша ніж маса окремих компонентів. Наприклад, при колапсі наднової потенційна енергія йде у великий мінус, а різниця мас того, що було і стало - може випромінютися назовні у вигляді фотонів (скоріше, не фотони, а нейтрино насправді).

Відповісти
- У статті йде обговорення проявів потенційної енергії у системі. Якщо в системі є градієнт потенціалу цієї енергії, виникає сила. Ви абсолютно правильно помітили, що в деяких умовах градієнта немає, зважаючи на повну симетрію (атом знаходиться всередині сфери). Я продовжив аналогію стосовно всесвіту, де в цілому немає градієнта потенційної гравітаційної енергії. Є лише локальні його прояви.
  Є твердження, що маса речовини переважно складається з кінетичної енергії кварків і глюонів плюс невелика частинка за рахунок поля Хігса. Якщо вважати, що в цій масі підмішана ще негативна потенційна енергія, то це твердження не є вірним.
  Маса протону 938 МеВ. Сумарна маса кварків, як її визнач фізики – приблизно 9,4 МеВ. Тут дефект маси немає. Я хочу зрозуміти, взагалі, потенційна енергія будь-яким чином врахована загальної теорій відносності, як генератор маси, чи ні. Або там є просто енергія – яка є сумою кінетичної енергії та потенційною.
  «Приміром, при колапсі наднової потенційна енергія йде у великий мінус, а різниця мас того, що було і стало - може випромінютися назовні у вигляді фотонів (скоріше, не фотони, а нейтрино насправді)».
  Ну і що - дірка від того, що речовина, яка в неї потрапила і знаходиться в глибокій потенційній ямі, не стає легшою, хіба що на величину маси енергії - речовини, яку вона повернула назад.
  
  Відповісти
  - "хіба, що на величину маси енергії - речовини, яку вона повернула назад"
    Ось це "хіба що" може бути як завгодно великим. Так що скинувши кілограм у ЧД, вона буде масивнішою менш ніж на 1 кг. Насправді акреційним диском випромінюється як рентгену до 30% падаючої маси, але кількість падаючих протонів у своїй не зменшується. Випромінюється не речовина, а рентген. Рентген не прийнято називати терміном речовина.
    Читай новину про зіткнення двох ЧД, так там теж результат помітно худший за вихідні дірки в сумі.
    Ну і нарешті, питання в тому, ДЕ ти перебуваєш зі своїми вагами. У якій системі відліку та в якій точці? Метод виміру вирішує все. Залежно від цього ти наміряєш різну масу, але це ІМХО скоріше термінологічне питання. Якщо атом знаходиться всередині нейтронної зірки, то ти не можеш виміряти його масу, окрім як порівнюючи з сусіднім пробним тілом, яке знаходиться поряд. У цьому плані маса атома при падінні в яму не зменшується, але маса сукупної системи не дорівнює сумі мас компонентів. Я вважаю, що це найбільш точна термінологія. При цьому маса системи завжди вимірюється щодо спостерігача поза цією системою.
    
    Відповісти
    - Термін "величину маси енергії - речовини" тут означає "величину маси енергії та маси речовини". Рентгенівське випромінювання має масу спокою, якщо його замкнути в ящик із дзеркал або в чорній дірі. Гравітаційні хвилі також несуть енергію і повинні враховуватися в генераторі маси в ВТО. Прошу вибачити за неточність формулювання.
      Хоча, як я знаю, саме собою практично стаціонарне гравітаційне поле в ОТО у складі маси не враховується. Тому потенційна енергія поля також має враховуватися. До того ж потенційна енергія завжди відносна. Чи я не правий? У зв'язку з чим твердження, що маса всесвіту дорівнює 0 за рахунок негативної енергії (і маси) гравітаційного поля – нісенітниця.
      У прикладі з чорною діркою, якщо вважати, що в процесі падіння в дірку, наприклад, кілограма картоплі, нічого не вилетіло, я думаю, що чорна діра збільшує свою масу на цей кілограм. Якщо не враховувати у складі маси потенційну енергію картоплі, то арифметика виглядає так. При своєму падінні в дірку картопля набуває великої кінетичної енергії. За рахунок чого підвищує, якщо дивитися зовні дірки, свою масу. Але в той же час, при погляді зовні, всі процеси в картоплі сповільнюються. Якщо зробити поправку на уповільнення часу, маса картоплі при погляді на неї із зовнішньої системи відліку не зміниться. А чорна дірка збільшить свою масу рівно на 1 кілограм.
      
      Відповісти

"Наприклад, всесвіт складається з рівномірно розташованих у просторі порошин, які гравітаційно один з одним взаємодіють."

Ваша модель вже є суперечливою і такою, що не має відношення до реальності. Таких прикладів ви можете вигадати купу і щоразу приходити до будь-яких висновків.
І чинником упорядкованості вашої системи буде ентропія. А потенційна енергія не дасть вам жодних цікавих результатів, оскільки вона відносна до обраної точки відліку та Спостерігача.

У реальному світі схожа модель – це кристал. У ньому атоми рівномірно розташовані у просторі та взаємодіють один з одним.
Виправте мене, якщо я не правий.

Відповісти

"Ваша модель вже є суперечливою і не має відношення до реальності."
Щодо суперечливості – це треба довести. Щодо відповідності реальності – можливо. Це гіпотетична модель. Вона трохи спрощена для кращого розуміння.
«І чинником упорядкованості вашої системи буде ентропія…»
Згоден.

Відповісти
- Якщо ви отримуєте задоволення від хвильових фізичних теорій і вам подобається моделювати їх, то спробуйте пояснити ось цей ефект у нашому дивовижному всесвіті.
  Він проявляється усім масштабах.
  https://cs8.pikabu.ru/post_img/2017/01/30/0/1485724248159285 31.webm
  Я запостив це для ІІ вище також. Цікаво буде побачити його обґрунтування також.
  
  Відповісти
  
  Вибачте за прямоту, але це банальна механіка першого курсу університету. Втім, саме явище має бути зрозумілим і сильному школяреві. Зрозумійте, що я не можу витрачати час на довільні запити. Взагалі, краще все ж таки в коментарях до новин дотримуватися теми новини.
  
  Відповісти
  - - Ви всерйоз вважаєте, що фізика зводиться до перерахування всіх можливих завдань та списку рішень до них? І що фізик, бачачи завдання, відкриває цей магічний список, шукає в ньому завдання за номером мільйон і читає відповідь? Та ні, розуміти фізику - це побачити явище, зрозуміти його, написати формули, що його описують.
      Коли я кажу, що це банальна фізика 1 курсу, це означає, що студент фізфаку після нормального курсу механіки здатний самостійно її вирішити. Нормальний студент не шукає рішення, він вирішує завдання сам.
      Вибачте за відповідь, але це поширене ставлення дуже пригнічує. Це основа нерозуміння більшістю людей, як і взагалі робить наука.
      
      Відповісти
      - Я з вами абсолютно згоден. Немає більшого задоволення, ніж вирішити завдання самому. Це як наркотик))
        Я просто ставив питання по-дружньому.
        У мене середній рівень загалом у вирішенні завдань з фізики. На всесоюзних олімпіадах з фізики я був посередині. А ось з програмування та моделювання вдалося забратися вище. Але тут інше мислення працює.
        
        Відповісти
        
        Не можу чітко сформулювати суть цього явища простими словами. (якийсь ступор у голові). Саме суть. Щоб перенести її в іншу модель і пояснити школярам.
        
        Цей експеримент можна як проходження сигналу. І кривою траєкторії він проходить швидше.
        Звідки береться цей виграш у часі?
        Очевидно, що форма траєкторії так само впливає на цю затримку. Якщо зробити дуже глибокі ями, то кулька просто не подолає яму, втративши енергію на опорі повітря при великих швидкостях.
        Якщо поставити завдання як визначення оптимальної форми траєкторії, то завдання начебто перестає бути шкільним. Ми вже потрапляємо у безліч різних функцій та форм траєкторії.
        Чи може винести це завдання на елементи? Мені здається багатьом було б корисно, судячи з реакції людей. І це завдання добре відбиває реальність.
        
        Відповісти
        
        Слово честі, я не розумію, як, за участю у всесоюзних олімпіадах, ви не бачите цього явища. Особливо разом з тим, що, за вашими словами, ви не можете чітко сформулювати суть цього явища.
        Ви розумієте, що час проходження траєкторії залежить не лише від її довжини, а й від швидкості? Ви розумієте, що внизу швидкість більша, ніж нагорі? Чи можете ви поєднати ці два факти в загальне розуміння, що довша траєкторія зовсім необов'язково означає більший час? Все залежить від збільшення швидкості зі збільшенням довжини.
        Достатньо зрозуміти ось це явище, щоб перестати дивуватися ефекту. А конкретний розрахунок для довільної траєкторії вже вимагатиме акуратного запису інтеграла (і саме тут потрібен 1 курс універа). Там, зрозуміло, буде по-різному для різних траєкторій, але можна показати, що для достатньо пологої траєкторії будь-якої форми, що йде строго внизу прямий, час проходу завжди буде менше.
        > Я розважаюсь зараз із теорією Часу.
        Ось це дуже небезпечне формулювання. Така небезпечна, що я превентивно прошу не писати в коментарях на елементах нічого на подібні теми. Дякую за розуміння.
        
        Відповісти
        
        Я бачу це явище, я його розумію, і можу взяти інтеграл за будь-якою формою траєкторії та легко написати програму для розрахунку.
        Але коли я йду з підлітками в експерементаріум і пояснюю їм простою мовою, як усе працює, то саме на цьому явищі я провалююся. Може це вже вік дається взнаки))
        А навичка швидко і легко бачити кінцеву відповідь йде, якщо постійно не тренуватися. Напевно, як у спорті. У 40 років важко крутитися на турніку як у молодості... і робити сальто)))
        Ніколи не думав що обговорення Часу це табу))). Тим більше, що це фундамент. Читаючи Хокінга та бачачи як вони популяризують ці ідеї, я був впевнений що вони захоплюють розуми дослідників світу.
        Може, ви мене не правильно зрозуміли?
        Але це просто розмова ... і звичайно я не збираюся порушувати правила і просувати всяку брехню і необґрунтовані особисті теорії)) Це як мінімум не пристойно.
        Але мозок вимагає їжі і чогось новенького)))
        
        Відповісти
        
        Щодо олімпіад. Мій досвід показав, що реально круті хлопці це не ті, хто вирішує нові завдання, а ті, хто їх вигадує. Їхні одиниці. Це інший вимір та погляд на світ. Випадкова 5-хвилинна розмова з такою людиною на одній з олімпіад повністю змінила моє життя і вивів мене з глибоких ілюзій і фактично врятувала мені життя.
        Він жартував, що "лікар наук" саме і отримує своє звання за те, що лікує травмованих колег, які не змогли піднятися на одну з гірок.
        Ця людина стверджувала, що топові переможці оліпміад потім розчиняються в науковому середовищі і не приносять нових відкриттів та результатів. Тому без постійного розвитку своїх знань і реальних навичок не буде видно шлях до нового.
        І в цілому олімпіади це чистий спорт із везінням, куражем, хитрощами, з купою травм та калічення психіки дітлахів, включаючи мене. Але це життя)))
        
        Відповісти

Руйнівники міфів та легенд вже спростували ваше припущення.
https://www.youtube.com/watch?v=XsKhzk4gn3A

Ефект не залежить від матеріалів та тертя.
Так само за вашою версією якщо ми замінимо кульки на ковзаючі вантажі, то ефект пропаде.

Так само швидші кульки зазнають більшого опору повітря. Лобовий опір пропорційний квадрату швидкості. І все одно їм не заважає приходити першими.

Давайте реалістичніші ідеї. Такі штуки безпосередньо відбивають суть роботи нашого світу.

Відповісти

- Загалом тертя кочення тут не до чого...))
  Ефект працює в моделях без тертя та повітря.
  Можна зробити магнітики та відкачати повітря.
  А ось обчислити форму траєкторії яка найшвидша - це начебто прикольне завдання.
  Професіонали в класичній механіці, напевно, можуть інтуїтивно передбачити відповідь.
  
  Відповісти
  - Мене тут осяяло, що експеримент на Вашому відео нагадує маятник Фуко. Очевидно, найбільш швидкою траєкторією для кульки буде дуга кола з найменшим можливим радіусом (аж до траси у формі півкола = 1 півхвиля гребенем вниз). Для маятника феномен довшої траєкторії і навіть більшої швидкості вирішується рахунок меншого радіуса описуваної дуги, тобто. довжина плеча маятника, від якої залежить період його коливань.
    При цьому будь-яке відхилення руху кульки від строго кругової небажано, оскільки мало б негативно позначатися на її середній швидкості. Прямолінійний рух кульки на відео схожий на коливаннях маятника з дуже довгим плечем, що мають, як відомо всім, найбільший період коливань. Тому там спостерігається найменша швидкість кульки.
    Начебто обійшовся без інтегралів;)
    Цікаве завдання!
    
    Відповісти
    - Потрібно довести математично та перевірити гіпотезу. Але звучить цікаво... одна з останніх версій була, що це циклоїда перевернута.
      У мене в запасі багато такого.
      Наприклад:
      Найбільш начебто банальне завдання зі збереження енергії для школи, але показує саме розуміння потенційної енергії та кінетичної про яку говорив nicolaus. Завдання йому але зламала мозок багатьом, навіть серйозним у фізиці дядькам.
      Беремо машинку із заводною пружиною. Ставимо на підлогу та відпускаємо. Вона за рахунок пружини розганяється до швидкості V. Записуємо закон збереження енергії та обчислюємо енергію пружини.
      0 + E(пружини) = mV^2/2
      А тепер увага! Переходимо в рівноправну інерційну систему, яка рухається назустріч машинці. Грубо кажучи, йдемо назустріч машинці зі швидкістю V.
      Щодо нас на початку швидкість машини була V, після розгону буде 2V.
      Обчислюємо енергію пружинки.
      E(пружини) + mV^2/2 = m(2v)^2/2
      E(пружини) = 3mV^2/2
      Енергія пружинки раптом зросла щодо іншої інерційної системи відліку.
      причому чим швидше рухатися назустріч машинці, тим більше енергія пружинки.
      Як таке можливо?
      Nicolaus для вас. Закон збереження порушено. Ура! відбулося!))))
      Це також фундаментальне розуміння процесів та перенесення енергії.
      Діти люблять підкинути проблем)))
      
      Відповісти
      
      У Вас некоректний вираз після "Обчислюємо енергію пружинки".
      "А діти, які ставлять питання - дуже рідкісні."
      Діти, які ставлять питання, непоодинокі. Всі діти мають період "чомучок".
      Взагалі, я утримаюся від дискусії з Вами, щоб Вас ненароком не образити. Я люблю відпускати жарти, які можуть бути незрозумілі.
      
      Відповісти

Відповісти

Ні, не так. рівень енергії вакууму, тобто. порожній простір, визначає динаміку розбігання галактик. Чи розбігаються вони з прискоренням чи навпаки, гальмуються. Це не дозволяє надто вільно рухати шкалу. Потенціал вакууму неспроможна вибиратися довільно, він вимірюється.

Відповісти

Шановний, Ігоре! Я, звичайно, розумію, що Вас задовбали коментатори після публікації кожної статті новин. Ми повинні Вам дякувати за те, що даєте інформацію про зарубіжні розробки, а не довбати, але ми такі, які є. Ваше право взагалі відправляти до першоджерела, т.к. це рерайт або Copy Paste із технічно правильним перекладом, за що ще раз окреме УПС.
А тепер за темою, якщо атом, частка, будь-яке тіло без кінетики переміщено ближче до джерела електромагнітного випромінювання, його загальна енергія підвищується. А як там вона всередині тіла перерозподіляється (яка більше зростає (знижується) кінетична чи потенційна), це на кінцевий результат не впливає. Тому я й висловився, що пояснення авторів статті – не коректне. Насправді жодної теплової сили немає – це сила гравітації. Як це відбувається? Відповідь у статті: "Гравітація Землі Фотонно-квантова гравітація", опублікована в угорському журналі (с. 79-94):
http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5 -5-2016.pdf

Відповісти

Ігоре, вже не знаю, чи моветон це. Але, у світлі численних коментарів на цю тематику, мені здається, назріла необхідність написати хороший науково-популярний текст, зокрема, про поняття потенційної енергії. Бо, як на мене, люди трохи плутаються. Може, спробуєте, якщо буде час, і науково популярно про Лагранжани написати? Мені здається, з вашим талантом та досвідом буде дуже потрібна стаття. Про такі фундаментальні поняття писати найскладніше, розумію. Але що, все-таки, думаєте?

Відповісти

Дозволю собі відповісти на ваше запитання.

Ось що написано на вікіпедії:
Публікація роботи Eagleworks призвела до того, що іноді EmDrive описується як «випробуваний NASA», хоча офіційна позиція агентства інша: «Це невеликий проект, який поки що не привів до практичних результатів»

Але за текстом очевидно, що є інтерес до цього пристрою і творці змогли привернути увагу. Інакше ніхто б грошей не виділяв. Щось там є.
Пропоную трохи почекати і побачити кінцеві результати. Це заощадить ваш час та витрати сил. Але сподіватися на чудеса і мріяти про те, як зваляться усталені знання та досвід, не варто)))
Краще щось будувати нове, ніж намагатися поламати те, що зробили наші предки.
Говорячи простою мовою, якщо їх пристрій запрацює, то знайдеться людина, яка спокійно все опише в рамках існуючих теорій.

Відповісти

- Я добре розумію ваші почуття. Серед моїх друзів програмістів, які мають розвинене мислення, але без досвіду роботи з теорією фізики, повно таких настроїв. Відкопати відео на ютюбі, знайти якогось діда в гаражі, який вічний двигун побудував і т.д їхнє улюблене заняття.
  Це завжди весело і гарна нагода збиратися на природі і смажити шашлики.
  А для мене це можливість вкотре перевіряти власні знання та прогалини. (Вони є у всіх. Деякі правда соромляться і маскують їх.)
  Суть вашого питання лежить в основах фізики. Якщо ви чітко дійдете основ теорії фізики, то ви зрозумієте просту річ.
  Як тільки буде доведено унікальний ефект емДрайва, і буде зрозуміло, що це не замаскований набір вже відомих ефектів, то будь-який грамотний фізик придумає пояснення.
  Але доказ експерименту має бути суворим і за всіма процедурами налагодженими віками. Тут немає жодних перешкод. Просто треба дотримуватися чітких процедур прийнятих у науковому світі.
  Світ реальної фізики – це величезні гроші. І вони надаються лише під конкретний результат. Ніхто не любить марнувати час і потрапляти в пустушки. Покарання помилки дуже жорсткі. На моїх очах люди просто вмирали за кілька місяців, коли руйнувалися їхні надії. І я мовчу про те скільки просто божеволіє зациклившись на своїх ідеях у спробах "допомогти всьому людству".
  Це все не нормально.
  Вся фізика будується на найпростіших ідеях. Поки ви не розберетеся в ній досконало, краще не боротися з вітряками.
  Один із постулатів основ теорії фізики, наступний: ми можемо ділити простір та час до нескінченності.
  А далі включається математика. Вам знадобиться ще монета та олівець.
  На одному аркуші з цією ідеєю ви можете вивести розподіл Максвелла. І передбачити випадковий розподіл кульок у стандартному експерименті та піти гуляти вгору за вимірами.
  Якщо ви спокійно робите таку вправу, ви розумієте чим займаєтеся.
  Тобто перед тим як зробити сальто на турніку, треба спокійно і не замислюючись підтягуватися будь-якими способами.
  Теоретично фізики є точка від якої все будується. Ви повинні вміти від цієї точки вибудовувати всі базові формули та теорії.
  Як тільки пробіжитесь основними шляхами та стежками кілька разів, то ви станете чесним і реальним жителем цього світу.
  І саме тоді ви зрозумієте, що мова фізики зможе описати будь-які явища.
  Мій знайомий лінгвіст, бачить фізику як мову опису реального світу. Він не вірить навіть у електрон))) І це його право...
  А знайомі математики кажуть, що фізика це математика, в яку додали крапельку часу (dt).
  Почніть із самих основ. Тут все чітко та красиво)))
  
  Відповісти

"По-третє, існує ще одна сила тяжіння – гравітаційна. Вона не залежить від температури, але росте з масою тіла."

Я не був би так упевнений у тому, що гравітація не залежить від температури. З температурою зростає динаміка частинок, значить зростає маса (як мінімум, релятивістська), значить зростає гравітація.
Власне кажучи, враховуючи [насправді] динамічний характер гравітаційних сил, вже сам цей факт пов'язує силу гравітації з температурою як динамічною характеристикою механічних систем. Але це тема окремої розмови, точніше сказати теорії. ;)

Відповісти

Наскільки я зрозумів, у "звуковому" полі цей ефект реалізувати ще простіше, якщо диполь замінити мембранкою (наприклад, мильною бульбашкою) з резонансом на частоті вищою, ніж та, на яку налаштований звуковий генератор. Все-таки кіловат енергії в звук вкласти якось простіше, ніж в ЕМ-випромінювання))

Смішно було б: мильні бульбашки притягуються до динаміка.

Відповісти

Звук та музика це взагалі зручна штука для дослідження хвиль. Це моє хобі.
Якщо комусь цікаво то ось мої спроби застосувати квантову фізику та резонанс Шумана у творчості.
https://soundcloud.com/dmvkmusic
Це 3д музика, тому слухати її треба тільки в навушниках або на хороших колонках.
У мене є і динаміки, і ціла студія, і навіть мильні бульбашки.
Я перевірю вашу ідейку)))
Дякую!
Давайте ще!)))

Відповісти

"А оскільки атом прагне знизити свою енергію взаємодії якнайсильніше, йому енергетично вигідно наблизитися до кулі - адже там зниження енергії найбільш істотно!"
Хрень якась, а не пояснення, атом чого там хоче, чогось йому вигідно. І самовільно, за своїм бажанням, переміщається куди йому хочеться.
Як шкода, що зараз немає фізиків здатних пояснювати.
Не говорячи вже про те, що вплив енергії по поясненню знижує енергетичний рівень об'єкта. Другий закон термодинаміки, мабуть, істерично б'ється у конвульсіях. Вибачте.

Відповісти

На жаль, з питання про потенційну енергію в ході дискусії вичерпної відповіді отримати не вдалося. Тому спробував у ньому розібратися сам (на що потрібен час). Ось що з цього вийшло.

Багато відповідей вдалося знайти у викладі лекції чудового російського фізика Дмитра Дьяконова "Кварки і звідки береться маса." http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/ . Дмитро Дьяконов мав один із найвищих рейтингів цитування, я думаю, що він входить до числа великих фізиків.

Що дивно, якщо порівнювати з лекцією, я нічого не збрехав у своїх припущеннях, коли писав про характер потенційної енергії.

Ось що казав Дмитро Дьяконов.

«Тепер я хочу вас поринути у глибоку думку. Подивіться на слайд 5. Всі знають, що пташка сідає на дріт, у проводі 500 кіловольт, а їй хоч би хни. Ось якщо пташка розтягнеться і однією лапкою візьметься за один дріт, а іншою лапкою - за іншою, ось тут буде погано. Чому? Тому що кажуть, що сам електричний потенціал не має фізичного сенсу, він, як ми любимо говорити, не спостерігаємо. Є більш точний вислів, що спостерігається напруженість електричного поля. Напруженість – хто знає – це градієнт потенціалу.»

Принцип - що спостерігається не саме значення електричного потенціалу, а лише його зміна у просторі та часі - було відкрито ще у ХIХ столітті. Цей принцип поширюється на всі фундаментальні взаємодії та має назву – «градієнтна інваріантність» або (інша назва) «калібрована інваріантність».

«Я розпочав свій список з гравітаційної взаємодії. Виявляється, що воно теж побудоване на принципі калібрувальної інваріантності, тільки там незалежність не від кольору, не від потенціалу, а від чогось іншого. Спробую пояснити від чого.
Уявімо, що десь є велика маса. Наприклад, Сонце. Сонце – це велика маса. Що він робить? Воно ніби прогинає плоский простір, і простір стає викривленим. Дуже наочно. Тепер ми поміщаємо поблизу Землю, вона починає крутитись навколо Сонця. Насправді образ цілком геометричний: простір продавлений і в цій лунці крутиться наша планета Земля. Подивіться на слайд – там спотворилися всі координатні лінії. І ось що було найголовнішим досягненням Ейнштейна, коли він висунув загальну теорію відносності. Він сказав, що всі фізичні явища, що спостерігаються, не повинні залежати від того, яку ми зволимо нанести координатну сітку і яким годинником будемо користуватися.
Чому я це привів тут, тому що це теж свого роду калібрувальна інваріантність.

Кривизна є річ, що спостерігається, і в математичному сенсі напруженість електричного поля - це теж свого роду кривизна. А потенціал не спостерігаємо, пташка, що сидить на одному дроті, жива.

Результат із цього можна дійти невтішного висновку, що потенційна енергія має розглядатися як джерело маси, т.к. в іншому випадку маса та фізичні процеси залежатимуть від системи звіту, з якої проводитимуться спостереження.

Цю думку підкріплює відповідь Дмитра Дьяконова на запитання щодо маси електромагнітного поля.

«Дмитро: Скажіть, будь ласка, а чи мають масу силові поля, наприклад, електричне та гравітаційне поля?
Дмитро Дьяконов: Якщо мають, то дуже малу, і conventional wisdom у тому, що вони безмасові.
Дмитро: Я мав на увазі дещо інше. Допустимо, якщо у нас є конденсатор, між пластинами якого є електричне поле. Це поле має багато?
Дмитро Дьяконов: Ні.
Дмитро: А енергію вона має?
Дмитро Дьяконов: Так.
Дмитро: А mc?
Дмитро Дьяконов: Добре, приготуйте мені замкнуту систему, тобто, включаючи конденсатор, батарейку, гідроелектростанцію, джерело на сонці і так далі. Ось коли ви приготуєте замкнуту систему, то ми поміряємо її масу, і я скажу, що Е, яка є mc? від цієї маси - це енергія спокою цієї замкнутої системи. Інших тверджень я не роблю.
Дмитро: Тобто енергія поля, по суті, – це енергія батареї, дротів та пластин?
Дмитро Дьяконов: Звісно. Потрібно взяти замкнуту систему, про неї можна зробити судження.

То звідки ж у світі береться маса?

Дмитро Дьяконов: «Як бачите, вся історія науки полягала в тому, щоб ми займалися найрізноманітнішими пов'язаними стояннями, і завжди сума складових була більшою, ніж цілого. І ось ми доходимо до останнього пов'язаного стану – це протони та нейтрони, які виготовлені з трьох кварків, і тут, виявляється, все навпаки! Маса протона 940 МеВ – див. слайд 9. А маса складових кварків, тобто двох u та одного d, – складаємо 4+4+7 і отримуємо всього 15 МеВ. Значить, сума складових мас не більше цілого, як звично, а менше, і не просто менше, а в 60 разів менше! Тобто ми вперше в історії науки зустрічаємося із пов'язаним станом, у якому все навпаки порівняно зі звичним.

Виявляється, що порожній простір, вакуум живе дуже складним і дуже багатим життям, яке тут зображено. У даному випадку це не карикатура, а справжнісіньке комп'ютерне моделювання справжнісінької квантової хромодинаміки, і є автор, мій колега Дерік Лейнвебер (Derick Leinweber), який люб'язно надав мені цю картинку для демонстрацій. Причому, що чудово, наявність матерії майже впливає вакуумні флуктуації поля. Це глюонне поле, яке таким дивним чином флуктує весь час.
А тепер туди впускаємо кварки, див. слайд 13. Що з ними відбуватиметься? Відбувається досить цікава річ. Тут теж думка не поверхова, спробуйте до неї вникнути. Уявіть два кварки або кварк і антикварк, які виявляються одночасно на околиці такої великої флуктуації. Флуктуація наводить з-поміж них певну кореляцію. А кореляція означає, що вони взаємодіють.
Тут я можу навести життєвий образ. Ви спускаєте воду з ванни, там утворюється лійка, куди падають два сірники, вони затягуються цією лійкою, і обидві вони крутяться однаково. Тобто поведінка двох сірників скорельована. І ви можете сказати, що вирва навела взаємодію між сірниками. Тобто зовнішній вплив наводить взаємодію між об'єктами, які підпадають під цей вплив. Або, скажімо, ви йдете М'ясницькою, і починається дощ. І чомусь раптом усі піднімають якийсь предмет над головою. Ця скорельована поведінка виходить, що люди взаємодіють, але вони не безпосередньо взаємодіють, а взаємодія навела зовнішній вплив, в даному випадку, дощ.
Всі, напевно, чули про надпровідність, а якщо в залі є фізики, вони пояснять, що механізм надпровідності - це конденсація так званих куперівських пар електронів у надпровіднику. Тут відбувається аналогічне явище, тільки квантовий конденсат утворюють не електрони, а пари кварків та антикварків.

Що ж відбувається, якщо кварк потрапляє у таке середовище? Кварк летить, він може вибити один кварк, який вже організувався в таку пару, цей летить далі, потрапляє випадково в наступну, і так далі див. слайд 14. Тобто кварк подорожує складним чином цим середовищем. І саме це дає йому багато. Я можу пояснювати це різними мовами, але краще, на жаль, не стане.

Математична модель цього явища, яке носить гарну назву “спонтанне порушення кіральної симетрії”, була вперше запропонована ще в 1961 р. одночасно нашими вітчизняними вченими Ваксом і Ларкіним та чудовим японським ученим Намбу, який все життя прожив в Америці та у 2008 році. похилому віці, отримав за цю справу Нобелівську премію.

У лекції був слайд 14, що показує як мандрують кварки. Тому слайда випливає, що маса формується за рахунок енергії саме кварків, а не глюонного поля. І ця маса є динамічною, що виникає в результаті потоків енергії (руху кварків), в умовах «спонтанного порушення кіральної симетрії».

Все, що я тут написав - це дуже короткі витяги з лекції Дмитра Дьяконова. Краще цю лекцію http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/ прочитати повністю. Там є гарні слайди, які пояснюють сенс.

Поясню чому під час дискусії у цій гілці поставив питання щодо потенційної енергії. У відповідях я хотів прочитати приблизно теж, що написано у викладі лекції Дмитра Дьяконова, щоб надалі спертися на ці висловлювання та продовжити обговорення. Проте, на жаль, дискусія не відбулася.

Це необхідне посилення позицій гіпотези еволюції матерії. Згідно з гіпотезою, маса в нашому всесвіті виникає в результаті структуризації матерії. Структуризація – це утворення порядку і натомість хаосу. Все, що написано у викладі лекції Дмитра Дьяконова, на мою думку, підтримує цю гіпотезу.

Структуризація матерії може у кілька етапів. Переходи між етапами супроводжуються революційними змінами властивостей матерії. Ці зміни фізики називають фазовими переходами. В даний час прийнято вважати, що фазових переходів було кілька (Дмитро Дьяконов також писав про це). Останній із фазових переходів міг мати спостерігаються явища, які космологи пред'являють як доказ стандартної космологічної теорії. Тому спостереження не суперечать цій гіпотезі.

Тут є ще один цікавий аспект. Щоб зробити пов'язані з ефектом розрахунки, вимірювати потенціал взагалі не потрібно. Для того, щоб обчислити силу, що діє на волосся та їх додаткову енергію, необхідно виміряти електричний заряд (кількість електронів), що пішов у тіло хлопчика, а також знати геометричні характеристики тіла хлопчика, включаючи характеристики його волосся, розміри та розташування навколишніх електропровідних тіл.

Відповісти

Якщо хлопчик буде всередині клітини Фарадея, то, наскільки я розумію, навіть маючи ел. контакт із нею, він ніколи не отримає на свою поверхню ел. заряд.
При з'єднанні клітини із зарядженою кулею весь заряд розподілиться по поверхні клітини. Усередині неї не буде ні ел. Стат. поля, ні заряду. Потенціал на поверхні хлопчика також буде нульовим і його волосся залишиться на місці. Я думаю, навіть якщо він візьме при цьому заземлений провід у руки, йому нічого від цього не буде. Немає заряду, немає різниці потенціалів, немає й струму.
Тобто. якщо коротко, то помістивши хлопчика в клітку, Ви цим обнулите його ел. потенціал. Потенціал невидимий, т.к. його там просто немає. :-)
Ефект із різницею потенціалів теж можна спостерігати. Для цього достатньо поставити поряд з хлопчиком ще одну кулю, підключену до іншого джерела або просто заземленого. Варто тепер хлопчику торкнутися одразу обох куль, він на собі відчує що таке різницю потенціалів (діти, не робіть цього!).
Ел. потенціал спостерігаємо не лише через волосся. Є ще один красивий ефект - вогні святого Ельма або просто коронний розряд: http://molniezashitadoma.ru/ogon%20elma.jpg

Відповісти

> красивий ефект із волоссям хлопчика пов'язані ні з потенціалом електричного поля, і з різницею потенціалів між тілом хлопчика і довкіллям (інакше - з напруженістю електричного поля)

Напруженість ел. ст. Поля це зовсім не різниця потенціалів. ;-)
Це основна характеристика ел. ст. поля, якою характеризується кожна його точка: https://ua.wikipedia.org/wiki/Напруженість_електричного_поля
_______________

Що стосується Дмитра Дьяконова, то його висловлювання мені здаються м'яко кажучи дивними... Можливо, він занадто захопився своїми "кварками" і помітно відірвався від реального світу. :-)

А скільки років було Бору, коли він урятував фізику від падіння електрона на ядро своїм твердженням про те, що падіння йде стрибками? Тому що орбіти можна поділити на чисті та нечисті!
Таки вийшло і поділити!
Скільки років було Максвеллу, коли він вигадав електромагнітне поле?
І багато хто розуміє - що є поляризація!
Іноді мені здається, що нам убили дуже багато поваги у надто ранньому віці.
Був би дуже вдячний Ігореві Іванову, якби він зробив якийсь екскурс у вік великих первовідкривачів.
Іноді мені здається, що фізика боїться чітких формулювань.
Чи ухиляється?
....................
Чи не критиканство, але виваженість.
Еге?

Відповісти

Я вірю, що закон Авогадро виконується для всіх атомів (всіх хімічних елементів) без винятків.
І я не знаю що таке вага одного атома.
У тому досвіді, який описаний, не проведено жодної паралелі з умовами "випробувань з Авогадро". Адже там були різні атоми?
Є можливість, що ми намагаємося зрозуміти зовсім не те, що хотіли з'ясувати експериментатори.
........................
і скільки їм років, до речі?

Відповісти

Завдання руху планети Земля щодо Сонця - це завдання трьох магнітів. Два магніти однаковою полярністю спрямованих один на одного - це Земля у своїй площині щодо осі Сонця. Сонце - третій магніт, що розкручує Землю та інші планети щодо їх осей пропорційно до їх мас. Еліптична орбіта Землі вказує на те, що є ще якась сила, що діє з боку зимової хорди еліпса. Холодні дрібні тіла космосу так само рухаються не вільно в космосі, вони мають придбане прискорення. Дане дослідження може лише підтверджувати, що сила гравітацій планет виникає через досить нагріті підстави планет. Тобто будь-яка планета Сонячної системи є гарячою всередині.
Чому Земля та інші планети не притягнуться до Сонця впритул? Система динамічна, а не статична, осі планет паралельні, тому виходить багато дзиґ. І зміни полюсів у планет може бути, оскільки це рівнозначно відразу з орбіти.

- Ви вважаєте, що можливий рух тіла, що має магнітне поле, що має супутник, за інерцією нескінченно довго? У такому разі Місяця у Землі має бути два, розташовані симетрично. Поведінка гіроскопа пояснює момент інерції та рівноважний розподіл маси щодо осі обертання. Якщо на диску дзиги розбаланс щодо осі, він починає віссю описувати спіраль. До Землі це також можна застосувати, вона має один супутник, який мав би звести її з орбіти і віднести в космос, якби її рух щодо Сонця пояснювалося лише механічним моментом інерції. Тут має місце магнетизм із боку Сонця настільки сильний, що здатний компенсувати вплив Місяця Землю.
  Нічим іншим, як магнетизмом, пояснити упорядкований рух планет та його супутників Сонячної Системи не можна. Ми у вигляді Сонця маємо як би статор, будучи ротором, але при цьому статором для Місяця.
  
  Відповісти
  - Магнітне та електричне поля екрануються, Амвросій. Точніше – шунтуються. Але зараз це несуттєво.):
    Як Ви уявляєте пружинні ваги з кілограмовою гирею після накриття їх магнітним екраном? Стрілка побіжить праворуч наліво?
    Мені здавалося, що гіроскоп – чудовий предмет для розвитку мислення. Навіть китайці так рахують.
    Тільки вдумайтесь. Гіроскоп можна вільно переміщати будь-якою з трьох декартових осей! Якщо не помічати нахилу своєї осі гіроскопа в її прив'язці до якоїсь уявної основи.
    Наприклад, можна видаляти свій уявний погляд від дзиги до тих пір, поки він не стане для спостерігача таким маленьким, що і думок не буде проводити вісь обертання через цю "точку".
    До речі, Амвросію, у Вас не виникали міркування про осі обертання нескінченно малих точок?
    ............
    І ось, ця виняткова властивість гіроскопа спонукала вчених шукати специфічну лише для гіроскопа природу ЙОГО інерції!
    Можливо, це був перший крок "науки" назад – у майбутнє метафізики. Перший крок, який не викликав імунного відторгнення суспільством. (мужики такої печалі зроду не бачили)
    ....................
    Минуло кілька років.
    Один геній припустив, що природа інерції матеріального тіла знаходиться не всередині тіла, а в навколишньому тілі просторі.
    Цей висновок виявився настільки ж простим, наскільки й приголомшливим.
    Причому, як модель для вивчення природи інерції, гіроскоп виявився найзручнішим посібником. Адже в лабораторних установках легко доступний для спостереження! На відміну, наприклад, потоку снарядів. Навіть якщо цей потік обмежити залізною трубою.
    Уявляєте, який величезний крок зробила наука?
    .................
    Ну так.
    І я не уявляю.
    Думайте Амвросію.
    Думайте.
    
    Відповісти
    - "Один геній припустив, що природа інерції матеріального тіла знаходиться не всередині тіла, а в навколишньому тілі просторі."
      Цікаво, чи не про принцип маху Ви пишіть?
      Але я про своє. Те, що тут (пост від 20.09.2017 08:05) написав, стосується «просторової симетрії». (Не шукайте цей термін в інтернеті в тому розумінні, як я його використовую). Там у пості йшлося про 4D випадок просторової симетрії. (Четверта просторова координата спрямована з точки назовні.) У цілому напрями просторової симетрії не рівноправні. І це можна показати за допомогою дзиги (гіроскопа), для однієї координати. Візьмемо числову вісь. Є напрям числової осі у позитивну сторону. І є у негативну. Так от ці напрями не рівноправні. Якщо рухатися в негативну сторону, то на цій осі ми не зустрінемо дійсних чисел, які рівні квадратний корінь з координати цієї осі. Негативна вісь виходить розрідженою. У просторі не можна у явному вигляді виділити, де позитивний напрямок, а де негативний напрямок. Однак можна їх розділити з використанням дзиги. Вовчок при своєму русі в напрямку вздовж осі дзиги утворює гвинт. Правий та лівий. Напрямок правого гвинта приймемо за позитивний напрямок, а лівого за негативний. У цьому випадку позитивний та негативний напрямки можна розділити. Так от, у природі існують процеси, які відчувають різницю між рухом у позитивну і негативну сторони - або, по-іншому, відчувають розрідженість негативної осі.
      Ось тут у коментарі до статті «Багато всесвітів з нічого» чудового письменника фантаста Павла Амнуеля я написав точку зору на рух матері в нашому всесвіті. Цей коментар є продовженням посту від 20.09.2017 8:05. Там якраз це за темою статті, що обговорюється. Мені хотілося б знати Вашу думку.
      
      Відповісти
      - На жаль, поки що не знайшов Вашого другого коментаря до статті за мотивами Амнуеля. А лише від 02.09.17. Можливо, я просто не такий детермінований?):
        Там була згадка Планка (як космічного апарату... людини та пароплава...)
        Загалом цікаво. Коли я зрозумів, що постійну свого імені він вирахував елементарно поділивши відомий результат на формулу Релея, я мало не урвався від злості. Ще в бурсі я теж відколював щось подібне. Виявляється, не так багато людей можуть бачити співвідношення формул не ускладнюючи себе їх точним моделюванням. ... Як би це ще на хліб намастити?
        ):
        Там узагалі цікава історія була. Люди вигадали абстракцію абсолютно чорного тіла, яке не існує в природі.
        Така вона візьми, та й знайдися!
        І що?
        Обкликали вчені простір твердю небесною?
        - Фігушки! Так?
        А просто додали до нього матерії, замісивши її на енергії.
        Ну хоч так.
        Ще у цій статті передбачається можливість "зіткнення всесвітів".
        Це простіше.
        -----------
        Зараз я почну з другого "якщо", а перше згадаю потім.
        Можна, можливо?
        Якщо ми можемо виділити два (кілька, скільки завгодно) всесвітів, то кожна з них повинна мати ознаку, що феноменологічно допускає таке виділення.
        Вчені одного разу намагалися перерахувати такі ознаки в тн "теорії множин".
        - Очевидно, що саме феноменологічно (з точки зору зручності опису "зіткнення") кожну із всесвітів ми можемо описати просто як "оболонку перед зіткненням".
        ЯКЩО це так, то наш розум може оперувати
        Зіткнення оболонок.
        А якщо це не так, то той розум, який припустився зіткнення всесвітів, поки що зрів, але недостатньо.
        Якщо зіштовхуються дві (кілька) оболонок, то...
        і ось тепер піде перше, якщо:
        ЯКЩО простір вихідних і результуючих оболонок ТРИХ МИРНО, то і утворюється, зокрема, площина.
        Наприклад, площина екліптики.
        Яку ми й спромоглися спостерігати.
        Решта для мене поки що має меншу значимість.
        Вже виходить довго, а ще на пряме запитання не відповів. Тож перепрошую заздалегідь.
        Ні, я мав на увазі основне положення ОТО.
        Про Маха та його світовий центр я вперше дізнався від батька. Ще у школі. До речі, згоден із Вами. - Ідея, сформульована Ейнштейном "витала в атмосфері", створеної багато в чому саме роботами Маха. Шкода, що це не входить до шкільної програми.
        
        Відповісти

Відповісти

Написати коментар

Теплове випромінювання тіл

Основні питання теми:

1. Характеристики теплового випромінювання.

2. Закони теплового випромінювання (закон Кірхгофа, закон Стефана-Больцмана, закон Вина); Формула Планка.

3. Фізичні засади термографії (теплобачення).

4. Тепловіддача організму.

Будь-яке тіло за температур вище абсолютного нуля (0 К) є джерелом електромагнітного випромінювання, яке називають тепловим випромінюванням. Воно виникає з допомогою внутрішньої енергії тіла.

Діапазон довжин електромагнітних хвиль (спектральний діапазон), випромінюваних нагрітим тілом, дуже широкий. Теоретично теплового випромінювання часто вважають, що тут довжина хвилі змінюється від 0 до ¥.

Розподіл енергії теплового випромінювання тіла за довжинами хвиль залежить від його температури. При кімнатній температурі майже вся енергія зосереджена в області інфрачервоної шкали електромагнітних хвиль. При високій температурі (1000°C) значна частина енергії випускається і у видимому діапазоні.

Характеристики теплового випромінювання

1. Потік (потужність) випромінювання Ф(іноді позначається буквою Р) – енергія, що випромінюється за 1 сек з усієї поверхні нагрітого тіла по всіх напрямках у просторі та у всьому спектральному діапазоні:

, у СІ . (1)

2. Енергетична світність R- Енергія, що випромінюється за 1 сек з 1 м 2 поверхні тіла по всіх напрямках просторі і в усьому спектральному діапазоні. Якщо S– площа поверхні тіла, то

, , в СІ , (2)

Очевидно, що .

3. Спектральна щільність енергетичної світності r λ- енергія, що випромінюється за 1 сек з 1м 2 поверхні тіла за всіма напрямками на довжині хвилі λ в одиничному спектральному діапазоні , →

Мал. 1

Залежність r l від l називають спектромтеплового випромінювання тіла при даній температурі (при Т= Const). Спектр дає розподіл енергії, що випромінюється тілом, по довжинах хвиль. Він показаний на рис. 1.

Можна показати, що енергетична світність Rдорівнює площі фігури, обмеженої спектром та віссю (рис. 1).

4. Здатність нагрітого тіла поглинати енергію зовнішнього випромінювання визначається монохроматичним коефіцієнтом поглинання а l,

тобто. а lрівновідношенню потоку випромінювання з довжиною хвилі l, поглиненого тілом, до потоку випромінювання тієї ж довжини хвилі, що впав на тіло. З (3.) випливає, що а l –величина безрозмірна та .

За типом залежності авід l всі тіла поділяються на 3 групи:

1). Абсолютно чорні тіла:

а= 1 на всіх довжинах хвиль за будь-яких температур (рис. 3, 1 ), тобто. абсолютно чорне тіло повністю поглинає все випромінювання, що падає на нього. "Абсолютно чорних" тіл у природі немає, моделлю такого тіла може бути замкнута непрозора порожнина з маленьким отвором (рис. 2). Промінь, що потрапив у цей отвір, після багаторазових відбиття від стін буде практично повністю поглинений.

До чорного тіла близько сонце, його Т = 6000 До.

2). Сірі тіла: їх коефіцієнт поглинання а < 1 и одинаков на всех длинах волн при любых температурах (рис. 3, 2 ). Наприклад, сірим тілом можна вважати тіло людини у завданнях теплообміну з навколишнім середовищем.

3). Всі інші тіла:

для них коефіцієнт поглинання а< 1 и зависит от длины волны, т.е. а l = f(l), ця залежність є спектром поглинання тіла (рис. 3 , 3 ).

Теплове випромінювання - Електромагнітне випромінювання джерелом якого є енергія теплового руху атомів і молекул

1. Характеристики теплового випромінювання

Теплове випромінювання - це електромагнітне випромінювання атомів і молекул., що виникає при їх тепловому русі.

Якщо випромінююче тіло не отримує теплоти ззовні, воно охолоджується і його внутрішня енергія зменшується до середньої енергії теплового руху частинок навколишнього середовища. Теплове випромінювання властиве всім тілам при температурах вище від абсолютного нуля.

Характеристиками теплового випромінювання є потік випромінювання, енергетична світність, спектральна щільність енергетичної світності, коефіцієнт поглинання.

Потоком випромінювання Ф (променистим потоком) називають середню потужність випромінювання за час, значно більший за період світлових коливань:

У СІ потік випромінювання вимірюється у Ват (Вт).

Потік випромінювання, віднесений до одиниці поверхні, називають енергетичної світимості ьюR (Щільність променистого потоку):

. (2)

Одиницею вимірювання енергетичної світності СІ є 1 Вт/м 2 .

Нагріте тіло випромінює електромагнітні хвилі різної довжини. Виділимо невеликий інтеграл довжин хвиль від  до  + d.

Енергетична світність, що відповідає цьому інтервалу, пропорційна ширині інтервалу:

. (3)

де r  -спектральна щільність енергетичної світності тіла , що дорівнює відношенню енергетичної світності вузької ділянки спектра до ширини цієї ділянки. Одиницею виміру r  у СІ є 1 Вт/м 3 .

Залежність спектральної щільності енергетичної світності від довжини хвилі називають спектром випромінювання тіла .

Проінтегрувавши (3), отримаємо вираз для енергетичної світності тіла:

. (4)

Межі інтегрування взяті з перевищенням, щоб врахувати можливе теплове випромінювання.

Здатність тіла поглинати променисту енергію характеризують коефіцієнтом поглинання.

Коефіцієнт поглинання дорівнює відношенню потоку випромінювання, поглиненого даним тілом, до потоку випромінювання, що впав на нього.

. (5)

p align="justify"> Коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі, тому для монохроматичних потоків вводять поняття монохроматичного коефіцієнта поглинання:

. (6)

Поняття абсолютно чорного тіла та сірого тіла.

З формул (5 і 6) випливає, що коефіцієнти поглинання можуть набувати значення від 0 до 1. Добре поглинають випромінювання тіла чорного кольору: чорний папір, тканини, оксамит, сажа, платинова чернь і т.п. Погано поглинають випромінювання тіла з білою та дзеркальною поверхнями. Тіло, коефіцієнт поглинання якого дорівнює одиниці для всіх частот, називають абсолютно чорним . Воно поглинає все, що падає на нього випромінювання. Абсолютно чорне тіло – це фізична абстракція. Таких тіл у природі немає. Моделью абсолютно чорного тіла є маленький отвір у замкненій непрозорій порожнині (рис.). Промінь, що потрапив у цей отвір, багаторазово відбившись від стінок, майже повністю буде поглинений. Тому при малому отворі у великій порожнині промінь зможе вийти, тобто повністю поглинеться. Глибока нора, відчинене вікно, не освітлене зсередини кімнати, колодязь - приклади тіл, що наближаються за характеристиками до абсолютно чорних.

Мал. 1. Модель абсолютно чорного тіла.

Тіло, коефіцієнт поглинання якого менше одиниці і не залежить від довжини хвилі світла, що падає на нього, називаютьсірим . Сірих тіл у природі немає, проте деякі тіла у певному інтервалі довжин хвиль випромінюють та поглинають як сірі. Так, наприклад, тіло людини іноді вважають сірим, що має коефіцієнт поглинання 0,9.

Наприкінці XIX - на початку XX ст. відкриті В. Рентгеном – X-промені (рентгенівські промені), А. Беккерелем – явище радіоактивності, Дж. Томсоном – електрон. Проте класична фізика не зуміла пояснити ці явища.

Теорія відносності А. Ейнштейна зажадала докорінного перегляду поняття простору та часу. Спеціальні досліди підтвердили справедливість гіпотези Дж. Максвелла про електромагнітну природу світла. Можна припустити, що випромінювання електромагнітних хвиль нагрітими тілами обумовлено коливальним рухом електронів. Але це припущення треба було підтвердити зіставленням теоретичних та експериментальних даних.

Для теоретичного розгляду законів випромінювань використали модель абсолютно чорного тіла , Т. е. тіла, що повністю поглинає електромагнітні хвилі будь-якої довжини і, відповідно, випромінює всі довжини електромагнітних хвиль.

Австрійські фізики І. Стефан та Л. Больцман експериментально встановили, що повна енергія Е,випромінювана за 1 з абсолютно чорним тілом з одиниці поверхні, пропорційна четвертому ступеню абсолютної температури. Т:

Де s = 5,67. 10 -8 Дж/(м 2. К-с)-постійна Стефана-Больцмана.

Цей закон було названо законом Стефана – Больцмана.Він дозволив вирахувати енергію випромінювання абсолютно чорного тіла за відомою температурою.

Гіпотеза Планка

Прагнучи подолати утруднення класичної теорії при поясненні випромінювання чорного тіла, М. Планк 1900 р. висловив гіпотезу: атоми випускають електромагнітну енергію від ділними порціями-квантами. . Енергія Е

де h = 6,63 . 10 -34 Дж . з-постійна Планка.

Іноді зручно вимірювати енергію і постійну планку в електронвольтах.

Тоді h=4,136 . 10 -15 еВ . з. В атомній фізиці використовується також величина

(1 еВ - енергія, яку набуває елементарного заряду, проходячи прискорюючу різницю потенціалів 1 В. 1 еВ=1,6 . 10 -19 Дж).

Таким чином, М. Планк вказав шлях виходу із труднощів, з якими зіткнулася теорія теплового випромінювання, після чого почала розвиватися сучасна фізична теорія, яка називається квантової фізики.

Фотоефект

Фотоефектом називається випромінювання електронів з поверхні металу під дією світла. У 1888р. Г. Герц виявив, що при опроміненні ультрафіолетовими променями електродів, що знаходяться під високою напругою, розряд виникає при більшій відстані між електродами, ніж без опромінення.

Фотоефект можна спостерігати у таких випадках:

1. Цинкову пластину, з'єднану з електроскопом, заряджають негативно та опромінюють ультрафіолетовим світлом. Вона швидко розряджається. Якщо її зарядити позитивно, то заряд пластини не зміниться.

2. Ультрафіолетові промені, що проходять через сітчастий позитивний електрод, потрапляють на негативно заряджену цинкову пластину і вибивають з неї електрони, які прямують до сітки, створюючи фототек, що реєструється чутливим гальванометром.

Закони фотоефекту

Кількісні закономірності фотоефекту (1888-1889) було встановлено А. Р. Столетовим.

Він використовував вакуумний скляний балон із двома електродами. Через кварцове скло на катод потрапляє світло (у тому числі ультрафіолетове випромінювання). За допомогою потенціометра можна регулювати напругу між електродами. Струм у ланцюзі вимірювався міліамперметром.

В результаті опромінення електрони, вибиті з електрода, можуть досягти протилежного електрода та створити деякий початковий струм. При збільшенні напруги поле розганяє електрони, і струм збільшується, досягаючи насичення, при якому всі вибиті електрони досягають анода.

Якщо прикласти зворотну напругу, то електрони гальмуються і струм зменшується. При так званому замикаючому напрузіфотострум припиняється. Відповідно до закону збереження енергії, де m-маса електрона, а ? max - максимальна швидкість фотоелектрона.

Перший закон

Досліджуючи залежність сили струму в балоні від напруги між електродами при постійному світловому потоці однією з них, він встановив перший закон фотоефекту

Фотострум насичення пропорційний світловому потоку, що падає на метал .

Т.к. сила струму визначається величиною заряду, а світловий потік - енергією світлового пучка, можна сказати:

год ісло електронів, що вибиваються за 1 з речовини, пропорційно інтенсивності світла, що падає на цю речовину.

Другий закон

Змінюючи умови освітлення на цій установці, А. Г. Столетов відкрив другий закон фотоефекту: кінетична енергія фотоелектронів залежить від інтенсивності падаючого світла, а залежить від його частоти.

З досвіду випливало, що якщо частоту світла збільшити, то при незмінному світловому потоці напруга, що замикає, збільшується, а, отже, збільшується і кінетична енергія фотоелектронів. Таким чином, кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає із частотою світла.

Третій закон

Замінюючи у приладі матеріал фотокатода, Столетов встановив третій закон фотоефекту: для кожної речовини існує червона межа фотоефекту, тобто існує найменша частота nmin, за якої ще можливий фотоефект.

При n< n min ни при какой интенсивности волны падающего на фотокатод света фотоэффект не произойдет. Т.к. , томінімальній частотісвітла відповідає максимальна довжина хвилі.