Спецкурс «Тепловое излучение»
Ст. преподаватель И.А. Сергеева
Программа спецкурса:
Введение. История развития теплового излучения.
Раздел I. Законы равновесного излучения.
Термодинамика теплового излучения.
Характеристика поля излучения. Оптические характеристики вещества. Оптические характеристики поверхностей. Законы Кирхгофа для равновесного излучения. Различные формы закона Кирхгофа. Современные модели черного тела. Давление света. Давление лазерного излучения. Решающий эксперимент в физике – доказательство существования давления света. Работы Лебедева. Закон Стефана-Больцмана. Следствия закона Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Адиабатические инварианты в черном излучении.
Статистические методы в теории теплового излучения.
Формула Вина. Формула Релея-Джинса. Планковский излучатель. Формула Планка. Энтропия и вероятность. Статистический вывод формулы Планка. Решающий эксперимент в физике, подтверждающий формулу Планка. Опыты Рубенса и Курльбаума. Статистика фотонного газа.
Раздел II. Тепловое излучение реальных тел. Явления переноса излучения.
Свойства излучения высокотемпературных газов.
Квантовые законы поглощения и испускания в атомах и молекулах. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов. Спонтанное и индуцированное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Лазеры. Интенсивность спектральных линий. Коэффициент поглощения излучения в газах.
Тепловое излучение, испускаемое реальными телами.
Тепловая радиация реальных поверхностей. Тепловое излучение в пространстве между телами с различной температурой.
Методы оптической пирометрии.
Методы яркостной температуры (яркостная пирометрия). Метод цветовой пирометрии. Радиационная температура. Радиационный пирометр.
Перенос энергии излучением. Радиационный теплообмен.
Локальное термодинамическое равновесие. Уравнение переноса излучения. Некоторые частные случаи решения уравнения переноса излучения. Радиационная теплопроводность. Особенности излучения во Вселенной. Реликтовое излучение, его свойства. Гипотеза происхождения реликтового излучения. Гипотеза большого взрыва.
Примеры контрольных вопросов:
- Дайте определение спекральной интенсивности поля излучения (в каком объеме может распространяться).
- Дайте определение оптических характеристик вещества (коэффициенты поглощения, излучения и рассеяния, индикатрисы рассеяния).
- Определите разницу между поглощательной способностью поверхности и коэффициентом поглощения вещества (в каких единицах измеряются).
- Сформулируйте закон Кирхгофа для равновесного излучения и его основные формы.
- Приведите примеры различных моделей черного тела (области применимости).
Примеры тем рефератов:
- Давление света. Давление лазерного излучения.
- Решающий эксперимент в физике – доказательство существования давления света. Опыт Лебедева.
- Термография. Тепловизоры.
- Гипотеза происхождения реликтового излучения.Гипотеза большого взрыва.
Основная литература:
- Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М. Наука.1970.
- Планк М. Теория теплового излучения. Л. М. ОНТИ ГРОТЛ. 1935.
- Гарбуни М. Физика оптических явлений. М. Энергия. 1967.
- Бурдаков В.П. и др. Термодинамика. В 2-х ч. М.: Дрофа. 2009.
- Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Учебное пособие. В 2-х ч. М. Едиториал УРСС, 2002.
- Голицын Б.Б. Избр. тр. Т.I. М.: изд-во АН СССР. 1960.
- Эшкин А. Даление лазерного излучения. УФН. 1973. т.II0, вып. I.
- Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика. Изд-во МГУ. Наука. 2004.
- Магунов А.Н. Спектральная пирометрия. М. Физматлит. 2012.
- Мирошниченко В.И. Методы и средства оптической пирометрии. М. Изд-во МЭИ. 2004.
- Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М. Физ.мат. гиз. 1962.
- Гордов А.Н. Основы пирометрии. М. Металлургия. 1971.
- Адрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. М. Энергия, 1972. 30. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука. 1966.
- Филиппов Л.П. Исследование теплопроводности жидкостей. М.: Изд-во МГУ. 1970.
- Аллен Л., Джонс Д. Современные проблемы физики. Основы физики газовых лазеров. Наука. 1970.
Дополнительная литература:
- Ллойд Дж. Системы тепловидения. М. Мир. 1978.
- Госсорг Ж. Инфракрасная термография. М. Мир. 1988.
- Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем.-М. Радио и связь. 1987.
- Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений. М. Радио и связь. 1986.
- Логвиненко А.Д. Чувственные основы восприятия пространства. М. МГУ. 1985.
- Abraham Pais. “SUBTLE is the LORD. The science and the life of Albert Einstein”. Oxford Univercity Press. 1982.