Longitud de onda de la radiación térmica. Radiación térmica Espectro de radiación de un cuerpo calentado.

La radiación térmica de los cuerpos es radiación electromagnética que surge debido a esa parte de la energía interna del cuerpo que está asociada al movimiento térmico de sus partículas.

Las principales características de la radiación térmica de cuerpos calentados a una temperatura. t son:

1. Luminosidad energética R (t ) - la cantidad de energía emitida por unidad de tiempo desde una unidad de superficie de un cuerpo, en todo el rango de longitud de onda. Depende de la temperatura, naturaleza y estado de la superficie del cuerpo radiante. En el sistema SI R(T) tiene una dimensión [W/m2].

2. Densidad espectral de luminosidad energética. r(l,T) =dW/dl es la cantidad de energía emitida por una unidad de superficie de un cuerpo por unidad de tiempo en un intervalo de longitud de onda unitaria (cerca de la longitud de onda considerada l). Aquellos. esta cantidad es numéricamente igual a la relación de energía dw, emitido desde una unidad de área por unidad de tiempo en un rango estrecho de longitudes de onda desde yo antes l+dl, al ancho de este intervalo. Depende de la temperatura corporal, la longitud de onda y también de la naturaleza y condición de la superficie del cuerpo emisor. En el sistema SI r(l,T) tiene una dimensión [W/m 3 ].

Luminosidad energética R(T) relacionado con la densidad espectral de la luminosidad energética r(l,T) de la siguiente manera:

(1) [W/m2]

3. Todos los cuerpos no sólo emiten, sino que también absorben ondas electromagnéticas que inciden en su superficie. Para determinar la capacidad de absorción de los cuerpos en relación a ondas electromagnéticas de una determinada longitud de onda, se introduce el concepto coeficiente de absorción monocromático - la relación entre la magnitud de la energía de una onda monocromática absorbida por la superficie de un cuerpo y la magnitud de la energía de la onda monocromática incidente:

(2)

El coeficiente de absorción monocromático es una cantidad adimensional que depende de la temperatura y la longitud de onda. Muestra qué fracción de la energía de una onda monocromática incidente es absorbida por la superficie del cuerpo. valorar un (l,T) Puede tomar valores de 0 a 1.

La radiación en un sistema adiabáticamente cerrado (que no intercambia calor con el ambiente externo) se llama equilibrio.. Si crea un pequeño agujero en la pared de la cavidad, el estado de equilibrio cambiará ligeramente y la radiación que emerge de la cavidad corresponderá a la radiación de equilibrio.

Si se dirige un rayo hacia un agujero de este tipo, después de repetidas reflexiones y absorción en las paredes de la cavidad, no podrá volver a salir. Esto significa que para tal agujero el coeficiente de absorción a (l,T) = 1.

La cavidad cerrada considerada con un pequeño agujero sirve como uno de los modelos. cuerpo absolutamente negro.

Cuerpo absolutamente negro es un cuerpo que absorbe toda la radiación que incide sobre él, independientemente de la dirección de la radiación incidente, de su composición espectral y de su polarización (sin reflejar ni transmitir nada).

Para un cuerpo completamente negro, la densidad de luminosidad espectral es una función universal de la longitud de onda y la temperatura. f(l,T) y no depende de su naturaleza.

Todos los cuerpos en la naturaleza reflejan parcialmente la radiación que incide en su superficie y, por lo tanto, no se clasifican como cuerpos negros absolutos. Si el coeficiente de absorción monocromático de un cuerpo es el mismo para todas las longitudes de onda y es menor que la unidad(a( yo, t) = a T = constante<1), entonces tal cuerpo se llamagris. El coeficiente de absorción monocromático de un cuerpo gris depende únicamente de la temperatura del cuerpo, su naturaleza y el estado de su superficie.

Kirchhoff demostró que para todos los cuerpos, independientemente de su naturaleza, la relación entre la densidad espectral de la energía y la luminosidad y el coeficiente de absorción monocromática es la misma función universal de longitud de onda y temperatura. f(l,T), lo mismo que la densidad espectral de la luminosidad energética de un cuerpo completamente negro :

(3)

La ecuación (3) representa la ley de Kirchhoff.

ley de kirchhoff se puede formular de esta manera: Para todos los cuerpos del sistema que están en equilibrio termodinámico, la relación entre la densidad espectral de energía y luminosidad y el coeficiente de absorción monocromática no depende de la naturaleza del cuerpo, es la misma función para todos los cuerpos, dependiendo de la longitud de onda l. y temperatura T.

De lo anterior y de la fórmula (3) se desprende claramente que a una temperatura determinada los cuerpos grises que tienen un coeficiente de absorción grande emiten con más fuerza y los cuerpos absolutamente negros son los que emiten con mayor fuerza. Dado que para un cuerpo absolutamente negro a( yo, t)=1, entonces de la fórmula (3) se deduce que la función universal F(yo, t) representa la densidad de luminosidad espectral de un cuerpo negro

Se descubrió experimentalmente que la radiación térmica de un cuerpo calentado atrae, ¡y no repele! - átomos cercanos. Aunque el fenómeno se basa en efectos bien conocidos de la física atómica, pasó desapercibido durante mucho tiempo y en teoría fue predicho hace sólo cuatro años.

Cambio en los niveles de energía debido a la radiación térmica.

Recientemente apareció un archivo de preimpresiones electrónicas que informa la confirmación experimental de que la radiación térmica de un cuerpo caliente es capaz de atraer átomos cercanos al cuerpo. El efecto parece, a primera vista, poco natural. La radiación térmica emitida por un cuerpo calentado se aleja de la fuente; entonces, ¿por qué es capaz de generar fuerza? atracción?!

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En la discusión, como casi siempre ocurre ahora, se postula una de las opciones de “explicación”. De hecho, había que justificar su aplicabilidad.
¡Ígor! Eres una muy buena persona. Desde hace muchos años habéis estado rodando la piedra de vuestra misión.
¿Qué es la gravedad? ¿Ha vuelto a ser científica su consideración mecánica?
En el experimento descrito se registró un cambio de inercia.
El resto es del maligno, ¿no?
La línea de pensamiento sobre la tabla de olas es muy interesante. (Yo también soy uno de los primeros).
Aún así, puede haber varios efectos simples. Por ejemplo, movimiento hacia un fondo más bajo. En esta situación, cada onda posterior puede ser ligeramente más baja y aún tener un componente vertical.

Me pregunto si agregar nanotubos al asfalto tiene algo que ver con la prima de topología.
¿No?
¿No se dibujan ondas EM en el avión?
Bueno, sí,... sí.
Y nuevamente estos vórtices están al nivel de Descartes.

Respuesta

El principal valor de este artículo es que destruye algunos estereotipos y te hace pensar, lo que contribuye al desarrollo del pensamiento creativo. Me alegro mucho de que este tipo de artículos hayan comenzado a aparecer aquí.

Puedes soñar un poco. Si reducimos aún más la energía del cuerpo (objeto), incluida la energía de las interacciones internas en las partículas elementales, entonces la energía del objeto se volverá negativa. Un objeto así será expulsado por la gravedad ordinaria y tendrá la propiedad de ser antigravedad. En mi opinión, el vacío moderno de nuestro mundo no tiene energía absoluta cero, porque... es un entorno bien estructurado, en contraposición al caos absoluto. Es sólo que se supone que el nivel de energía del vacío en la escala de energía es cero. Por lo tanto, puede haber un nivel de energía más bajo que el nivel de energía del vacío; esto no tiene nada de místico.

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"Volviendo al artículo teórico original de 2013, mencionamos la importancia potencial de este efecto no sólo para los experimentos atómicos, sino también para los fenómenos cósmicos. Los autores consideraron las fuerzas que actúan dentro de una nube de polvo con una densidad de 1 g/cm3, calentada a 300 K y formado por partículas de tamaño 5 micras."
¿Hay algún error aquí? La densidad de la nube de polvo es demasiado alta, como la de la capa superior del regolito.
Y por el fenómeno en sí: y si tomamos una versión más no trivial del problema: el efecto de la radiación térmica sobre una partícula no polarizable, por ejemplo, un electrón. ¿Hacia dónde se dirigirá la fuerza? El calentador es 100% dieléctrico.

Respuesta

Sí, se trata de una densidad alta, al borde de que las partículas de polvo se peguen entre sí.
Un electrón aislado no tiene niveles de energía y no tiene nada que bajar. Pues no tiene momento dipolar, dentro de los límites de error (hay un enlace en el texto para buscar el electroerosionador). Por tanto, esta fuerza no actúa sobre él. Además, está cargado, los fotones se dispersan bien sobre él, por lo que, en general, simplemente será repelido debido a la presión.

Respuesta

El espectro de infrarrojos lejanos es conveniente porque las energías de los fotones aún son bajas, por lo que se cumplen todos los requisitos. Las temperaturas más bajas también son adecuadas, pero el efecto ya es muy débil. A temperaturas de miles de grados, la dispersión de fotones ya es mucho más fuerte y supera este efecto.

Respuesta

No estaba hablando de un cuerpo acalorado. Y sobre otros emisores y espectros.
Todo lo que estamos discutiendo aquí son efectos dominó. Esto significa que no pueden limitarse únicamente al rango de infrarrojos.
¿Entiendo correctamente que dependiendo del tamaño de la partícula es necesario seleccionar la longitud de onda adecuada?
Para átomos pesados o átomos de hidrógeno, ¿es necesario seleccionar la frecuencia para que la atracción sea máxima?
Ahora me ronda por la cabeza una idea genial: cómo probar esto, por ejemplo, en las olas de una piscina o del mar.
Aquellos. Haz un juguete mecánico que flote contra las olas.
¿Qué opinas sobre esta posibilidad?

Respuesta
- 1) La longitud de onda debe ser significativamente mayor que el tamaño de la partícula.
  2) El sistema en sí no debe interactuar con influencias externas en su conjunto, la interacción se lleva a cabo únicamente debido a la polarización inducida.
  3) Debe haber un espectro discreto de excitaciones y las energías de los cuantos deben ser significativamente menores que las distancias entre niveles; de lo contrario, las ondas se dispersarán fácilmente y, por lo tanto, ejercerán presión. Cuando se cumplen estas condiciones, el efecto ya no depende de la longitud de onda.
  4) La fuerza debe ser vectorial, no escalar, para poder disminuir la energía del sistema.
  Ahora imagine si esto se puede implementar para olas en el agua.
  
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  - Veo bien algo de este efecto en el mundo real. Me encantan los yates de carreras. Y los maestros del deporte de vela ganan regatas precisamente por su capacidad de navegar correctamente contra la ola. Aquellos. Si todo se hace correctamente, las olas que se aproximan dan energía adicional al yate.
    De hecho, esto es una paradoja. Pero es claramente visible en las carreras. Tan pronto como las olas suben, inmediatamente se produce una "cuantización" según los niveles de habilidad)) Los aficionados reducen la velocidad y los profesionales, por el contrario, reciben una ventaja adicional.
    Entonces un juguete así es bastante real.
    Configuré mi yate para que navegara sin gobierno ni intervención alguna contra el viento y contra las olas sin ningún problema.
    Si profundizas más, es esta configuración la que ofrece la máxima ventaja.
    Digámoslo de esta manera, si imaginas una fuente puntual de fuerte viento en medio del lago, entonces mi yate se ocupará de ella y dará vueltas en círculos hasta el infinito...
    una analogía muy hermosa y real, por ejemplo, el movimiento de la tierra alrededor del sol)))
    y parece que hay alguna fuerza que arrastra el yate hacia la fuente del viento.
    Por cierto, puedes llevar el problema a los elementos y estimar, por ejemplo, la distancia mínima a la que el yate puede acercarse a la fuente del viento.
    Permítanme recordarles que un yate a vela vira contra el viento, describiendo algo así como una sinusoide. Ella gira sólo por la nariz. Si se da vuelta, la magia desaparecerá y ella regresará con el viento.
    
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    Creo que estás un poco confundido. Por otra parte no se observan efectos similares a los descritos. Hay una suma compleja de fuerzas bien definidas, que da una fuerza resultante, que tiene una proyección negativa distinta de cero a lo largo del eje de dirección del viento.
    
    Respuesta

Aquí hay un experimento simple sobre nuestro tema. ¿Puedes explicar?

¿Por qué un camino curvo es más rápido que uno recto?

Obviamente, si observamos esto en nuestra escala, en el mundo cuántico será exactamente lo mismo. Y en el mundo macro también.

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Un problema trivial de física escolar. Simplificamos el modelo a una trayectoria recta con un pequeño ángulo con respecto a la horizontal, y una trayectoria en forma de línea con una ruptura, donde la primera sección está mucho más inclinada hacia el horizonte y la segunda sección tiene una inclinación aún menor. pendiente que la primera trayectoria. El principio y el final de las trayectorias son los mismos. Descuidemos la fricción. Y calcularemos la hora de llegada a la “meta” de la carga por una y otra ruta. El segundo punto N. (los alumnos de octavo grado saben lo que es) mostrará que el tiempo de llegada a la meta por la segunda trayectoria es menor. Si ahora complementa el problema con la segunda parte de la instalación, representando una imagen especular con respecto a la vertical al final de la trayectoria, redondeando ligeramente los bordes, obtendrá su caso. Banalidad. Nivel "C" del Examen Estatal Unificado de Física. Ni siquiera un problema de Olimpiada en términos de complejidad

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- Me gusta tu idea de simplificación. Quizás esto ayude a los niños. Dame tiempo para pensar y tratar de hablar con los adolescentes.
  Y si sin simplificación todo es tan banal, ¿qué forma de trayectoria es la más rápida?
  
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“A temperaturas de miles de grados, la dispersión de fotones ya es mucho más fuerte y supera este efecto.”...

¡¡¡Eso es todo!!!
Presumiblemente, este efecto actúa en un área limitada y en los tipos correspondientes de interacciones energéticas. En las zonas fronterizas prevalece la “dispersión de frecuencia” y su correspondiente dinámica. Volodya Lisin intentó descubrir algunos de los matices de estos procesos en 1991, pero
Probablemente no tuve tiempo. (Simplemente no pude comunicarme con él). En mi opinión, este efecto se desvanece a medida que disminuyen los gradientes de temperatura y (intensidad de las corrientes de convección) en la zona analizada.
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
Los siglos pasaron volando, pero sin milagros... - “ni aquí ni aquí”: (Película 7. Calor y temperatura)
https://www.youtube.com/watch?v=FR45i5WXGL8&index=7& list=PLgQC7tmTSjqTEDDVkR38piZvD14Kde
rYw

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Efecto divertido. Puede arrojar luz sobre el primer problema del gramo en la formación de planetas: cómo el polvo microscópico puede agruparse en una nube de gas y polvo. Mientras que un átomo, digamos el de hidrógeno, está lejos de las partículas, se encuentra en una radiación térmica prácticamente isotrópica. Pero si dos motas de polvo se acercan accidentalmente a él, entonces, al interactuar con el átomo con su radiación, ¡recibirán un impulso el uno hacia el otro! La fuerza es muchas veces mayor que la fuerza gravitacional.

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Para que las partículas de polvo se peguen, no es necesario utilizar una física tan genial. ¿Qué pasa con las “motas de polvo”? ¿Todos entendemos que lo más probable es que estemos hablando de H2O, como el principal componente sólido de muchas nubes? Los compuestos de carbono con hidrógeno son excesivamente volátiles (hasta el pentano), no diré nada sobre el amoníaco, otras sustancias además de H, He, C, N, O son minoría y también hay pocas esperanzas de complejos. orgánicos. Entonces el sólido será principalmente agua. Es probable que en las nubes de gas reales los copos de nieve y hielo se muevan de forma bastante caótica y relativamente rápida, creo que a una velocidad de al menos centímetros por segundo. Un efecto como el del artículo simplemente no creará tal potencial para que los copos de nieve colisionen: las velocidades relativas características de los copos de nieve son demasiado altas y los copos de nieve pasan entre sí por el agujero potencial en una fracción de segundo. Pero no hay problema. Los copos de nieve ya suelen chocar y pierden energía de forma puramente mecánica. En algún momento, se pegarán entre sí debido a las fuerzas moleculares en el momento del contacto y permanecerán juntos, por lo que se formarán copos de nieve. Aquí, para hacer rodar bolas de nieve pequeñas y muy sueltas, no se necesita atracción térmica ni gravitacional; solo se requiere una mezcla gradual de la nube.
También creo que el cálculo del artículo tiene un error craso. Se tuvo en cuenta la atracción por pares de los granos de polvo. Pero el polvo en una nube densa es opaco y emite un calor uniforme por todos lados, es decir. tenemos una mota de polvo dentro de una cálida cámara hueca. ¿Y por qué volaría a la zona del polen más cercano? Aquellos. Para que la gravedad funcione, se necesita un espacio frío, pero en una nube densa no es visible, lo que significa que no hay gradiente térmico.

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- >También creo que el cálculo del artículo tiene un error craso. Se tuvo en cuenta la atracción por pares de los granos de polvo. Pero el polvo en una nube densa es opaco y emite un calor uniforme por todos lados, es decir. tenemos una mota de polvo dentro de una cálida cámara hueca.
  Aquí es donde no estoy de acuerdo. Aquí podemos hacer una analogía con el plasma. En la aproximación de un plasma ideal sin colisiones, todo es aproximadamente como usted dice: se considera el campo promedio, que, en ausencia de cargas y corrientes externas, es igual a cero: las contribuciones de las partículas cargadas se compensan completamente entre sí. Sin embargo, cuando comenzamos a considerar iones individuales, resulta que la influencia de los vecinos más cercanos todavía está presente y debe tenerse en cuenta (lo cual se hace mediante la integral de colisión de Landau). La distancia característica más allá de la cual uno puede olvidarse de la interacción por pares es el radio de Debye.
  Para la interacción que estamos considerando, creo que un parámetro similar será infinito: la integral de 1/r^2 converge. Para una prueba rigurosa, sería necesario construir una ecuación cinética para una “niebla” de gotas con tal interacción. Bueno, o use la ecuación de Boltzmann: la sección transversal de dispersión es finita, lo que significa que no es necesario ser tan sofisticado como en un plasma al introducir un campo promedio.
  Bueno, me pareció una idea interesante para un artículo, pero todo es trivial. :(
  Pero en el artículo que nos ocupa lo hicieron de forma muy sencilla: estimaron la energía potencial total de una nube esférica de micropartículas con distribución gaussiana. Existe una fórmula ya preparada para la gravedad; la calculamos para esta interacción (según las asintóticas r>>R). Y resultó que hay una región notable donde la contribución de la gravedad es mucho menor.
  
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  - > Para la interacción considerada, creo que un parámetro similar será infinito
    ¿Quizás cero? En general, realmente no entendí tu publicación, hay un exceso de matemáticas que no sé, cuando aquí es más simple: para que haya una fuerza desequilibrada, se necesita un gradiente de densidad de radiación, cuando no hay gradiente. , no hay fuerza, porque es lo mismo en todas las direcciones.
    > Y resultó que hay una región notable donde la contribución de la gravedad es mucho menor.
    ¿Podrías ser un poco más específico? Realmente no entiendo cómo este efecto podría ayudar a que la formación de algo en el espacio tenga alguna importancia. Para mí, este es un cálculo inútil. Es como demostrar que el efecto es más de 100.500 veces más fuerte que la interacción gravitacional entre átomos vecinos en la atmósfera de Júpiter. Estoy de acuerdo, pero esto se debe sólo a que la interacción gravitacional de los granos de polvo individuales, en general, no es nada interesante. Pero al menos la gravedad no está protegida.
    Creo que el efecto se intensifica en el campo cercano cuando la distancia se acerca a 0, pero esto ya es una descripción de cómo se produce exactamente la colisión de partículas de polvo si ya han chocado.
    PD: el potencial de un grano de polvo en radiación térmica, según tengo entendido, no depende del orden de magnitud del tamaño de la nube; este potencial depende únicamente de la densidad de radiación, es decir. sobre la temperatura y el grado de opacidad de la nube. El grado de opacidad en orden de magnitud se puede tomar como 1. Resulta que no importa qué tipo de nube tengamos, solo importa la temperatura promedio que nos rodea. ¿Qué tamaño tiene este potencial si se expresa en términos de energía cinética m/s? (Puedo hacer los cálculos, pero ¿tal vez haya una solución ya preparada?) Además, si la nube es opaca, entonces el potencial de la nube en su conjunto será función del área de superficie de la nube. Curiosamente, obtuvimos la misma tensión superficial, pero de forma ligeramente diferente. Y dentro de la nube el polvo quedará libre.
    
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Abres el artículo de 2013 y miras, no es difícil, allí todo está descrito en el lenguaje humano corriente.

A modo de ejemplo, tomaron una nube de radio finito de 300 metros y estúpidamente sustituyeron números en fórmulas para la situación dentro y fuera de la nube. Lo principal es que incluso en el exterior, a una distancia de casi un kilómetro del centro, la atracción térmica sigue siendo más fuerte que la gravitacional. Esto es sólo para tener una idea de la escala del efecto. Reconocen que la situación real es mucho más compleja y debe modelarse cuidadosamente.

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El polvo está compuesto principalmente (a 400 °K) por partículas de olivino, hollín y silicio. Las supergigantes rojas los fuman.
Los granos de polvo convierten la energía cinética en calor. Y no interactúan entre sí, sino con átomos o moléculas cercanas que son transparentes a la radiación. Dado que r está en un cubo, entonces las partículas de polvo que se encuentran a un milímetro o centímetro del ÁTOMO lo atraen hacia sí mismas y aparece una fuerza resultante que une las partículas de polvo. Al mismo tiempo, los granos de polvo por metro se ignoran debido a una disminución de la fuerza de interacción en miles de millones (o incluso billones) de veces.

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“Esta radiación diverge en todas direcciones, por lo que su densidad de energía disminuye con la distancia como 1/r2. Un átomo, al estar cerca, siente esta radiación, porque reduce su energía. Y como el átomo se esfuerza por reducir al máximo su energía de interacción, es energéticamente ventajoso que se acerque a la bola; después de todo, ¡la reducción de energía es allí más significativa!”
Pero, disculpe, si un átomo se precipita hacia una bola calentada, entonces no reducirá su energía de ninguna manera, sino que, por el contrario, solo la aumentará. Creo que esta no es una explicación correcta.

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Entonces se me ocurrió un problema. Sea una cámara térmicamente estabilizada compuesta por dos hemisferios negros de diferentes radios, orientados en diferentes direcciones, y un anillo plano adicional. Dejemos que el hemisferio izquierdo tenga un radio menor que el derecho, una partición plana cierra el área de la cámara. Dejemos que el átomo esté en el centro de curvatura de cada uno de los dos hemisferios y esté inmóvil. Deja que los hemisferios se calienten. La pregunta es: ¿experimentará el átomo fuerza térmica en una dirección?

Aquí veo 2 soluciones: 1) el equilibrio térmico se producirá rápidamente en dicha cámara, es decir La densidad de radiación será la misma en todos los lados y la misma en cualquier punto de la cámara. Si la densidad de la radiación térmica en la cámara no depende del punto seleccionado, entonces el potencial de interacción con la radiación no cambia, lo que significa que no hay fuerza.
2) Decisión equivocada. Dividimos la pared en elementos superficiales de igual área e integramos la fuerza de interacción del átomo con el elemento superficial. Resulta que el anillo plano hace una contribución cero, y la superficie más cercana a la izquierda tiene cuadráticamente menos puntos, cada uno de los cuales arrastra al cubo veces más fuerte, es decir. una mota de polvo vuela hacia la superficie más cercana, es decir izquierda.

Como puedes ver, la respuesta es completamente diferente.

Explicación de la contradicción. Si tenemos un elemento radiante de forma no esférica, entonces no brilla por igual en todas las direcciones. Como resultado, tenemos un gradiente de densidad de radiación, cuya dirección no está dirigida hacia el emisor. A continuación, obtenemos esto: dividir una superficie compleja en puntos y considerarlos como motas de polvo REDONDAS se vuelve completamente incorrecto.

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Aquí me vino a la mente un problema aún más interesante. Tengamos un emisor de calor en forma de un anillo negro plano, cuyos radios exterior e interior son iguales a R y r. Y exactamente en el eje del anillo, a una distancia h, hay un átomo. contar h<

Solución 1 (¡incorrecta!). Rompe el anillo en “motas de polvo”, luego toma la integral de la fuerza de atracción del átomo y los elementos del anillo sobre la superficie. El cálculo no es interesante, porque De una forma u otra, conseguimos que el átomo sea atraído hacia el anillo.
Solución 2. El anillo no puede brillar desde el final o brilla muy poco, es decir, el potencial de energía del átomo en puntos del plano del anillo pasa a 0 (potencial máximo). La radiación del anillo será distinta de cero en los puntos cuya altura h sobre el plano del anillo sea diferente de 0; en estos puntos habrá un potencial distinto de cero (menor que 0). Aquellos. tenemos un gradiente de densidad de radiación, que localmente (en h~=0, h<

Me parece que la solución 1 contiene un error, parece entender dónde, pero no puedo explicarlo con palabras sencillas.

Este problema lo demuestra. Un átomo no se siente atraído por un objeto que emite calor, es decir. el vector de fuerza no está dirigido hacia la superficie radiante. No nos importa DE DÓNDE viene la radiación, lo que nos importa es CUÁNTA radiación en un punto determinado y cuál es el gradiente de densidad de radiación. El átomo se mueve hacia el gradiente de densidad de radiación, y este gradiente puede dirigirse incluso hacia ese semiplano en el que no hay un solo punto del emisor.

Problema 3. El mismo anillo que en el paso 2, pero el átomo está inicialmente en el punto h=0. Este estado es de equilibrio y simétrico, pero inestable. La solución sería la ruptura espontánea de la simetría. El átomo será expulsado de la posición del centro de simetría, porque es inestable.

También llamo la atención sobre el hecho de que no es necesario reemplazar la nube con partículas de polvo atraídas. Saldrá mal. Si 3 granos de polvo se encuentran en la misma línea recta y se oscurecen ligeramente entre sí, entonces la simetría se romperá espontáneamente; este no es el caso con las fuerzas gravitacionales, porque la gravedad no está protegida.

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Tengo una pregunta (no sólo para Igor, sino para todos). ¿Cómo entra la energía potencial en la masa gravitacional de un sistema? Me gustaría solucionar este problema. Por ejemplo, el universo está formado por granos de polvo distribuidos uniformemente en el espacio, que interactúan gravitacionalmente entre sí. Obviamente, un sistema de este tipo tiene una alta energía potencial, ya que existe un estado del sistema en el que estos granos de polvo se concentran en galaxias, cada una de las cuales tiene menos energía potencial, en comparación con los granos de polvo esparcidos por el espacio que los componen. La pregunta específica es: ¿la energía potencial de este sistema está incluida en la masa gravitacional del universo?
Me parece que esta pregunta está relacionada con el tema planteado por PavelS. En un universo infinito, es imposible identificar una esfera que lo cubra. Y dentro de cualquier otra esfera, por ejemplo, que envuelve una galaxia, el potencial gravitacional creado por la materia ubicada detrás de la esfera (ubicada a gran escala en el espacio de manera casi uniforme) no afecta el comportamiento de los cuerpos dentro de esta esfera. Por tanto, podemos hablar de la entrada de energía potencial en la masa gravitacional sólo en relación con las heterogeneidades locales en la distribución de la materia.

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No planteé esta pregunta. :) También me pareció que la expansión del universo, teniendo en cuenta la energía oscura y el enrojecimiento de los fotones, viola la ley de conservación de la energía, pero si realmente quieres, puedes darte la vuelta y decir que la energía total del universo sigue siendo 0, porque la sustancia está en un pozo potencial, y cuanta más sustancia, más profundo es el pozo. Lo compré y lo vendo: yo no soy bueno con los detalles.
En cuanto a la energía potencial, se suele considerar menor que cero. Aquellos. las partículas libres son cero, las partículas unidas ya son menores que 0. Entonces, la energía potencial negativa funciona como una masa negativa (defecto de masa): la masa del sistema es menor que la masa de los componentes individuales. Por ejemplo, durante el colapso de una supernova, la energía potencial cae en un gran punto negativo, y la diferencia en las masas de lo que era y lo que se convirtió puede emitirse en forma de fotones (más bien, no fotones, sino neutrinos).

Respuesta
- El artículo analiza las manifestaciones de la energía potencial en un sistema. Si hay un gradiente de potencial de esta energía en el sistema, entonces surge una fuerza. Usted notó con razón que en algunas condiciones no hay gradiente, debido a la simetría completa (el átomo está dentro de una esfera). Continué la analogía en relación con el universo, donde en su conjunto no existe un gradiente de energía gravitacional potencial. Sólo hay manifestaciones locales de ello.
  Se afirma que la masa de materia se compone principalmente de la energía cinética de los quarks y gluones, más una pequeña partícula debida al campo de Higgs. Si suponemos que esta masa también contiene energía potencial negativa, entonces esta afirmación no es cierta.
  La masa del protón es 938 MeV. La masa total de los quarks, determinada por los físicos, es de aproximadamente 9,4 MeV. Aquí no hay ningún defecto masivo. Quiero entender, en general, si la teoría general de la relatividad tiene en cuenta de alguna manera la energía potencial, como generadora de masa, o no. O simplemente hay energía allí, que es la suma de la energía cinética y la energía potencial.
  “Por ejemplo, durante el colapso de una supernova, la energía potencial disminuye mucho, y la diferencia en las masas de lo que era y lo que se convirtió puede emitirse en forma de fotones (más bien, no fotones, sino neutrinos). .”
  Y qué: un agujero, porque la sustancia que cayó en él y se encuentra en un profundo agujero potencial no se vuelve más liviana, tal vez por la cantidad de masa de energía, la sustancia que regresó.
  
  Respuesta
  - "excepto por la cantidad de masa de energía - materia que devolvió"
    Este "a menos" puede ser tan grande como desee. Entonces, habiendo perdido un kilogramo en el agujero negro, su masa será menos de 1 kg. En la práctica, hasta el 30% de la masa que cae es emitida en forma de rayos X por el disco de acreción, pero el número de protones que caen no disminuye. No es materia lo que se emite, sino rayos X. No es habitual denominar a los rayos X con el término sustancia.
    Lea las noticias sobre la colisión de dos agujeros negros y el resultado allí también es notablemente peor que el total de los agujeros originales.
    Y finalmente, la pregunta es DÓNDE estás con tu balanza. ¿En qué marco de referencia y en qué punto? El método de medición lo es todo. Dependiendo de esto, pretendes medir diferentes masas, pero en mi humilde opinión, esto es más una cuestión terminológica. Si un átomo está dentro de una estrella de neutrones, entonces no se puede medir su masa excepto comparándola con un cuerpo de prueba vecino que esté cerca. En este sentido, la masa de un átomo no disminuye al caer en un agujero, pero la masa del sistema total no es igual a la suma de las masas de los componentes. Creo que esta es la terminología más precisa. En este caso, la masa del sistema siempre se mide en relación con un observador externo a este sistema.
    
    Respuesta
    - El término "magnitud de masa de energía - materia" aquí significa "magnitud de masa de energía y masa de materia". Los rayos X tienen masa en reposo si están encerrados en una caja de espejos o en un agujero negro. Las ondas gravitacionales también transportan energía y deben tenerse en cuenta en el generador de masa en la relatividad general. Pido disculpas por la inexactitud de la redacción.
      Aunque, como sé, el campo gravitacional prácticamente estacionario en sí no se tiene en cuenta en la composición de la masa en la relatividad general. Por lo tanto, tampoco se debe tener en cuenta la energía potencial del campo. Además, la energía potencial es siempre relativa. ¿O me equivoco? En este sentido, la afirmación de que la masa del universo es 0 debido a la energía (y masa) negativa del campo gravitacional no tiene sentido.
      En el ejemplo del agujero negro, si asumimos que en el proceso de caer en el agujero, por ejemplo, un kilogramo de patatas, no salió nada, creo que el agujero negro aumenta su masa en este kilogramo. Si no se tiene en cuenta la energía potencial de las patatas en la composición de la masa, entonces la aritmética se ve así. Cuando una patata cae en un agujero, adquiere mayor energía cinética. Debido a esto, aumenta su masa, si se ve desde fuera del agujero. Pero al mismo tiempo, visto desde fuera, todos los procesos en las patatas se ralentizan. Si corregimos la dilatación del tiempo, entonces la masa de la papa cuando la miramos desde un marco de referencia externo no cambiará. Y el agujero negro aumentará su masa exactamente en 1 kilogramo.
      
      Respuesta

"Por ejemplo, el universo está formado por partículas de polvo distribuidas uniformemente en el espacio, que interactúan gravitacionalmente entre sí".

Su modelo ya es contradictorio y ajeno a la realidad. Puede proponer muchos ejemplos de este tipo y llegar a cualquier conclusión cada vez.
Y la entropía será un factor en el orden de su sistema. Y la energía potencial no le dará ningún resultado interesante, ya que es relativa al punto de referencia elegido y al Observador.

En el mundo real, un modelo similar es un cristal. En él, los átomos se distribuyen uniformemente en el espacio e interactúan entre sí.
Corrígeme si estoy equivocado.

Respuesta

"Su modelo ya es contradictorio y no tiene relación con la realidad".
En cuanto a la inconsistencia, ésta debe ser probada. En términos de cumplimiento de la realidad, tal vez. Este es un modelo hipotético. Se ha simplificado un poco para una mejor comprensión.
"Y la entropía será un factor en el orden de su sistema..."
Aceptar.

Respuesta
- Si te gustan las teorías ondulatorias de la física y te gusta modelarlas, intenta explicar este efecto en nuestro asombroso universo.
  Se manifiesta en todas las escalas.
  https://cs8.pikabu.ru/post_img/2017/01/30/0/1485724248159285 31.webm
  También publiqué esto para la IA arriba. También será interesante ver la razón detrás de esto.
  
  Respuesta
  
  Perdón por ser contundente, pero esta es una mecánica banal del primer año de universidad. Sin embargo, el fenómeno en sí debería ser comprensible incluso para un buen estudiante. Por favor, comprenda que no puedo perder el tiempo en solicitudes aleatorias. En general, es mejor ceñirse al tema de la noticia a la hora de comentar noticias.
  
  Respuesta
  - - ¿Crees seriamente que la física se reduce a enumerar todos los problemas posibles y una lista de soluciones? ¿Y que un físico, al ver un problema, abre esta lista mágica, busca en ella el problema número un millón y lee la respuesta? No, comprender la física significa ver un fenómeno, comprenderlo, escribir fórmulas que lo describan.
      Cuando digo que esto es física banal de primer año, significa que un estudiante de física después de un curso normal de mecánica es capaz de resolverlo por sí solo. Un estudiante normal no busca una solución, él mismo resuelve el problema.
      Perdón por la reprimenda, pero esta actitud generalizada es muy deprimente. Esta es la base del malentendido que la mayoría de la gente tiene sobre lo que hace la ciencia y cómo lo hace.
      
      Respuesta
      - Estoy totalmente de acuerdo con usted. No hay mayor placer que resolver un problema uno mismo. Es como una droga))
        Sólo estaba haciendo una pregunta de manera amistosa.
        Tengo un nivel medio general en la resolución de problemas de física. En las Olimpíadas de Física de toda la Unión, yo estaba en el medio. Pero en programación y modelado logré llegar más alto. pero aquí está en juego una forma diferente de pensar.
        
        Respuesta
        
        No puedo formular claramente la esencia de este fenómeno en palabras sencillas. (una especie de estupor en mi cabeza). Exactamente el punto. Trasladarlo a otro modelo y también explicarlo a los escolares.
        
        Este experimento puede considerarse como una señal que pasa. Y viaja más rápido a lo largo de una trayectoria curva.
        ¿De dónde viene esta ganancia de tiempo?
        Evidentemente, la forma de la trayectoria también influye en este retraso. Si haces agujeros muy profundos, la bola simplemente no superará el agujero, perdiendo energía debido a la resistencia del aire a altas velocidades.
        Si se plantea el problema como determinar la forma óptima de la trayectoria, entonces el problema parece dejar de ser un problema escolar. Ya estamos abordando muchas funciones y formas diferentes de la trayectoria.
        ¿Podemos llevar este problema a los elementos? Me parece que sería útil para mucha gente a juzgar por la reacción de la gente. Y esta tarea refleja bien la realidad.
        
        Respuesta
        
        Honestamente, no entiendo cómo, al participar en las Olimpiadas de toda la Unión, no se ve este fenómeno. Especialmente si se suma al hecho de que, según usted, no se puede formular claramente la esencia de este fenómeno.
        ¿Entiendes que el tiempo que tardas en recorrer una trayectoria depende no sólo de su longitud, sino también de su velocidad? ¿Entiendes que la velocidad abajo es mayor que arriba? ¿Puedes combinar estos dos hechos para lograr el entendimiento general de que una trayectoria más larga no significa necesariamente más tiempo? Todo depende del aumento de velocidad al aumentar la longitud.
        Basta comprender este fenómeno para dejar de sorprenderse por el efecto. Y un cálculo específico para una trayectoria arbitraria requerirá un registro cuidadoso de la integral (y aquí es donde se necesita el primer año de universidad). Allí, por supuesto, será diferente para diferentes trayectorias, pero se puede demostrar que para una trayectoria bastante plana de cualquier forma, que vaya estrictamente por debajo de la línea recta, el tiempo de viaje siempre será menor.
        > Ahora me estoy divirtiendo con la teoría del tiempo.
        Ésta es una formulación muy peligrosa. Tan peligroso que les pido proactivamente que no escriban nada sobre estos temas en los comentarios de los elementos. Gracias por entender.
        
        Respuesta
        
        Veo este fenómeno, lo entiendo y puedo tomar la integral sobre cualquier forma de la trayectoria y escribir fácilmente un programa para el cálculo.
        Pero cuando voy con adolescentes al experimentarium y les explico en un lenguaje sencillo cómo funciona todo, es precisamente en este fenómeno donde fracaso. Quizás sea la edad la que está pasando factura))
        Y la habilidad de ver rápida y fácilmente la respuesta final desaparece si no practicas constantemente. Probablemente como en los deportes. A los 40 años es difícil girar en la barra horizontal como en tu juventud... y hacer saltos mortales)))
        Nunca pensé que hablar de Tiempo fuera tabú))). Además, esta es la base. Al leer a Hawking y ver cómo popularizaron estas ideas, estuve seguro de que estaban capturando las mentes de los investigadores del mundo.
        ¿Quizás me entendiste mal?
        Pero esto es sólo una conversación... y por supuesto no voy a romper las reglas y promover herejías y teorías personales infundadas)) Esto al menos no es decente...
        Pero el cerebro necesita comida y algo nuevo)))
        
        Respuesta
        
        En cuanto a los Juegos Olímpicos. Mi experiencia me ha demostrado que los tipos realmente geniales no son los que resuelven nuevos problemas, sino los que los idean. Sólo hay unos pocos de ellos. Esta es una dimensión y una visión del mundo diferente. Una conversación casual de cinco minutos con una persona así en una de las Olimpiadas cambió por completo mi vida, me sacó de profundas ilusiones y, de hecho, me salvó la vida.
        Bromeó diciendo que el título de “Doctor en Ciencias” se debe a que ha tratado a colegas heridos que no pudieron subir a uno de los toboganes.
        Esta persona argumentó que los máximos ganadores de las Olimpiadas luego se disuelven en la comunidad científica y no aportan nuevos descubrimientos ni resultados. Por lo tanto, sin un desarrollo amplio y constante de sus conocimientos y habilidades reales, el camino hacia algo nuevo no será visible.
        Y en general, los Juegos Olímpicos son un deporte puro con suerte, coraje, astucia, con muchas lesiones y paralización de la psique de los niños, incluido yo. Pero así es la vida)))
        
        Respuesta

Los cazadores de mitos y leyendas ya han refutado su suposición.
https://www.youtube.com/watch?v=XsKhzk4gn3A

El efecto es independiente de los materiales y la fricción.
Además, según su versión, si reemplazamos las bolas por pesas deslizantes, el efecto desaparecerá.

Además, las bolas más rápidas experimentan más resistencia al aire. El arrastre es proporcional al cuadrado de la velocidad. Y, sin embargo, esto no les impide ocupar el primer lugar.

Tengamos ideas más realistas. Estas cosas reflejan directamente la forma en que funciona nuestro mundo.

Respuesta

- En general, la fricción de rodadura no tiene nada que ver con eso...))
  El efecto funciona en modelos sin fricción ni aire.
  Puedes hacer imanes y bombear el aire.
  Pero calcular la forma de la trayectoria más rápida es un problema interesante.
  Los profesionales de la mecánica clásica probablemente puedan predecir intuitivamente la respuesta.
  
  Respuesta
  - Me di cuenta de que el experimento de tu vídeo se parece a un péndulo de Foucault. Evidentemente, la trayectoria más rápida de la pelota será un arco circular con el radio más pequeño posible (hasta una trayectoria semicircular = 1 media onda con la cresta hacia abajo). Para un péndulo, la paradoja de una trayectoria más larga y al mismo tiempo una mayor velocidad se resuelve debido al menor radio del arco descrito, es decir la longitud del brazo del péndulo, de la que depende el período de su oscilación.
    En este caso, cualquier desviación del movimiento de la bola de lo estrictamente circular es indeseable, ya que debería tener un efecto negativo en su velocidad media. El movimiento rectilíneo de la pelota en el video es similar a las oscilaciones de un péndulo con un brazo muy largo, que, como todos saben, tiene el período de oscilación más largo. Por lo tanto, allí se observa la velocidad de bola más baja.
    Parece que lo hice sin integrales;)
    ¡Problema interesante!
    
    Respuesta
    - Necesitamos probarlo matemáticamente y probar la hipótesis. Pero suena interesante... una de las últimas versiones fue que se trata de una cicloide invertida.
      Tengo muchas cosas así en stock.
      Por ejemplo:
      El problema aparentemente más banal sobre conservación de energía para la escuela, pero muestra exactamente la comprensión de la energía potencial y la energía cinética de la que hablaba Nicolás. El problema para él rompió el cerebro de muchos, incluso de los que se tomaban en serio la física.
      Cogemos una máquina con resorte enrollador. Lo dejamos en el suelo y lo soltamos. Debido al resorte, acelera a la velocidad V. Anotamos la ley de conservación de la energía y calculamos la energía del resorte.
      0 + E(resortes) = mV^2/2
      ¡Ahora atención! Pasamos a un sistema inercial igual que se mueve hacia el coche. En términos generales, nos acercamos al coche con velocidad V.
      En relación con nosotros, al principio la velocidad del automóvil era V, después de la aceleración será 2V.
      Calculamos la energía del resorte.
      E(resortes) + mV^2/2 = m(2v)^2/2
      E(resortes) = 3mV^2/2
      La energía del resorte aumentó repentinamente en relación con otro sistema de referencia inercial.
      Además, cuanto más rápido te acercas al coche, mayor será la energía del resorte.
      ¿Cómo es esto posible?
      Nicolás es para ti. Se ha violado la ley de conservación. ¡Hurra! ¡está hecho!))))
      Esta es también una comprensión fundamental de los procesos y la transferencia de energía.
      A los niños les encanta causar problemas)))
      
      Respuesta
      
      Tu expresión después de "Calculamos la energía del resorte" es incorrecta.
      "Y los niños que hacen preguntas son muy raros".
      Los niños que hacen preguntas no son infrecuentes. Todos los niños tienen un período de "por qué".
      En general, me abstendré de discutir con usted para no ofenderlo sin darme cuenta. Me gusta hacer chistes que tal vez no se entiendan.
      
      Respuesta

Respuesta

No, no así. Nivel de energía de vacío, es decir El espacio vacío, determina la dinámica de la recesión de las galaxias. ¿Aceleran o, por el contrario, frenan? Esto le impide mover la báscula con demasiada libertad. El potencial de vacío no se puede elegir arbitrariamente; es completamente mensurable.

Respuesta

Querido Ígor! Por supuesto, entiendo que usted esté harto de los comentaristas después de que se publica cada artículo de noticias. Deberíamos agradecerles por brindar información sobre desarrollos extranjeros, y no tonterías, pero somos quienes somos. Es su derecho enviar generalmente a la fuente original, porque... Se trata de reescribir o copiar y pegar con una traducción técnicamente correcta, para la que, una vez más, se utiliza un ATP independiente.
Y ahora, hablando del tema, si un átomo, una partícula o cualquier cuerpo sin cinética se acerca a una fuente de radiación electromagnética, su energía total aumenta. Y cómo se redistribuye dentro del cuerpo (qué aumenta (disminuye) más, cinética o potencial), esto no afecta el resultado final. Por eso dije que la explicación de los autores del artículo no es correcta. De hecho, no existe ninguna fuerza térmica: es la fuerza de gravedad. ¿Como sucedió esto? La respuesta está en el artículo: “Gravedad de la Tierra Gravidad fotónica-cuántica”, publicado en la revista húngara (p. 79-94):
http://tsh-journal.com/wp-content/uploads/2016/11/VOL-1-No-5-5-2016.pdf

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Igor, no sé si esto es de mala educación. Pero, a la luz de numerosos comentarios sobre este tema, me parece que es necesario escribir un buen texto de divulgación científica, que incluya también el concepto de energía potencial. Porque, en mi opinión, la gente está un poco confundida. ¿Quizás, si tienes tiempo, intentarás escribir sobre los lagrangianos de una manera científicamente popular? Me parece que con tu talento y experiencia saldrá un artículo muy necesario. Tengo entendido que estos conceptos fundamentales son los más difíciles de escribir. Pero ¿qué piensas?

Respuesta

Déjame responder a tu pregunta.

Esto es lo que dice en Wikipedia:
La publicación del trabajo de Eagleworks ha llevado a que a veces se describa a EmDrive como "probado por la NASA", aunque la posición oficial de la agencia es diferente: "Se trata de un pequeño proyecto que aún no ha dado resultados prácticos".

Pero del texto se desprende claramente que hay interés en este dispositivo y los creadores lograron llamar la atención. De lo contrario, nadie habría asignado dinero. Hay algo ahí.
Te sugiero que esperes un poco y veas los resultados finales. Esto le ahorrará tiempo y esfuerzo. Pero no se debe esperar milagros y soñar con cómo el conocimiento y la experiencia establecidos colapsarán)))
Es mejor construir algo nuevo que intentar romper lo que hicieron nuestros antepasados.
En términos simples, si su dispositivo funciona, entonces habrá una persona que describirá todo con calma dentro del marco de las teorías existentes.

Respuesta

- Entiendo bien tus sentimientos. Entre mis amigos programadores que han desarrollado el pensamiento pero no tienen experiencia trabajando con la teoría de la física, hay muchos sentimientos de este tipo. Busca un vídeo en YouTube, encuentra a algún abuelo en el garaje que construyó una máquina de movimiento perpetuo, etc., su pasatiempo favorito.
  Siempre es divertido y una buena razón para reunirse en la naturaleza y hacer una barbacoa.
  Y para mí esta es una oportunidad para poner a prueba una vez más mis propios conocimientos y lagunas. (Todo el mundo los tiene. Algunas personas son muy tímidas y los disfrazan).
  El quid de la pregunta radica en la física básica. Si comprende claramente los conceptos básicos de la teoría de la física, comprenderá algo simple.
  Tan pronto como se demuestre el efecto único de emDrive y quede claro que no se trata de un conjunto disfrazado de efectos ya conocidos, cualquier físico competente encontrará una explicación.
  Pero la prueba del experimento debe ser rigurosa y todos los procedimientos se han perfeccionado a lo largo de siglos. Aquí no hay obstáculos. Sólo es necesario seguir procedimientos claros aceptados en el mundo científico.
  El mundo de la física real cuesta mucho dinero. Y se dan sólo para un resultado específico. A nadie le gusta perder el tiempo y caer en tonterías. Las sanciones por errores son muy estrictas. Ante mis ojos, la gente simplemente moría a los pocos meses cuando sus esperanzas se desvanecían. Y guardo silencio sobre cuántas personas simplemente se vuelven locas, obsesionadas con sus ideas en un intento de "ayudar a toda la humanidad".
  Esto no es normal.
  Toda la física se basa en unas pocas ideas más simples. Hasta que no lo entiendas a fondo, es mejor no luchar con molinos de viento.
  Uno de los postulados de la teoría fundamental de la física es el siguiente: podemos dividir el espacio y el tiempo indefinidamente.
  Y luego entran las matemáticas. También necesitarás una moneda y un lápiz.
  En una hoja de papel con esta idea, puedes derivar la distribución de Maxwell. Y predice la distribución aleatoria de las bolas en un experimento estándar y recorre las dimensiones.
  Si haces este ejercicio con calma, entenderás lo que estás haciendo.
  En otras palabras, antes de hacer un salto mortal en la barra horizontal, debes levantarte con calma y sin pensar por cualquier medio.
  En la teoría de la física hay un punto a partir del cual todo se construye. Debes poder construir todas las fórmulas y teorías básicas a partir de este punto.
  Una vez que corras varias veces por los caminos y senderos principales, te convertirás en un habitante honesto y real de este mundo.
  Y es entonces cuando comprenderás que el lenguaje de la física puede describir cualquier fenómeno.
  Un lingüista amigo mío ve la física como un lenguaje para describir el mundo real. Ni siquiera cree en el electrón))) Y ese es su derecho...
  Y mis amigos matemáticos dicen que la física es matemática a la que se le añade una gota de tiempo (dt).
  Comience con lo más básico. Aquí todo es claro y hermoso)))
  
  Respuesta

"En tercer lugar, existe otra fuerza de atracción: la fuerza gravitacional. No depende de la temperatura, sino que aumenta con la masa corporal".

No estaría tan seguro de que la gravedad sea independiente de la temperatura. La dinámica de las partículas aumenta con la temperatura, lo que significa que la masa (al menos relativista) aumenta, lo que significa que la gravedad aumenta.
En términos generales, teniendo en cuenta la naturaleza [realmente] dinámica de las fuerzas gravitacionales, este mismo hecho vincula la fuerza gravitacional con la temperatura como característica dinámica de los sistemas mecánicos. Pero este es un tema para otra conversación, o más bien teoría. ;)

Respuesta

Según tengo entendido, en un campo "sonoro", este efecto es aún más fácil de implementar si el dipolo se reemplaza por una membrana (por ejemplo, una pompa de jabón) con una resonancia a una frecuencia superior a aquella a la que el generador de sonido está sintonizado. Aún así, de alguna manera es más fácil invertir un kilovatio de energía en sonido que en radiación EM))

Sería curioso: las pompas de jabón se sienten atraídas por el hablante...

Respuesta

El sonido y la música son generalmente elementos convenientes para estudiar las ondas. Este es mi pasatiempo.
Si alguien está interesado, aquí están mis intentos de aplicar la física cuántica y la resonancia Schumann a la creatividad.
https://soundcloud.com/dmvkmusic
Esta es música en 3D, por lo que solo necesitas escucharla con auriculares o buenos parlantes.
Tengo parlantes y un estudio completo y hasta pompas de jabón.
Comprobaré tu idea)))
¡Gracias!
¡Hagamos más!)))

Respuesta

"Y dado que el átomo se esfuerza por reducir al máximo su energía de interacción, es energéticamente ventajoso que se acerque a la bola; después de todo, ¡allí la reducción de energía es más significativa!"
Una especie de tontería, no una explicación de lo que quiere el átomo, algo que lo beneficie. Y por su propia voluntad, se mueve donde quiere.
Qué lástima que ya no haya físicos capaces de explicarlo.
Sin mencionar que se explica que la exposición a la energía reduce el nivel de energía del objeto. La segunda ley de la termodinámica parece convulsionarse histéricamente. Lo siento.

Respuesta

Lamentablemente, durante el debate no fue posible obtener una respuesta completa a la cuestión de la energía potencial. Por lo tanto, traté de resolverlo yo mismo (lo cual llevó tiempo). Eso es lo que salió de esto.

Se encontraron muchas respuestas en la presentación de la conferencia del notable físico ruso Dmitry Dyakonov, “Los quarks y de dónde viene la masa”. http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/. Dmitry Dyakonov obtuvo uno de los índices de citas más altos; creo que se encuentra entre los grandes físicos.

Lo sorprendente, en comparación con la conferencia, es que no mentí en nada de mis suposiciones cuando escribí sobre la naturaleza de la energía potencial.

Esto es lo que dijo Dmitri Diakonov.

“Ahora quiero hacerte reflexionar profundamente. Mire la diapositiva 5. Todo el mundo sabe que un pájaro se posa en un cable, hay 500 kilovoltios en el cable, pero a eso le importa un carajo. Ahora bien, si el pájaro se estira y agarra un alambre con una pata y el otro con la otra, no será bueno. ¿Por qué? Porque dicen que el potencial eléctrico en sí no tiene significado físico; como nos gusta decir, no se observa. Hay una afirmación más precisa de que se observa la intensidad del campo eléctrico observado. La tensión, quién sabe, es un gradiente de potencial".

El principio de que lo que se observa no es el valor del potencial eléctrico en sí, sino sólo su variación en el espacio y el tiempo, fue descubierto en el siglo XIX. Este principio se aplica a todas las interacciones fundamentales y se denomina "invariancia de gradiente" o (otro nombre) "invariancia de calibre".

“Comencé mi lista con la interacción gravitacional. Resulta que también se basa en el principio de invariancia de calibre, solo que no es independiente del "color", ni del potencial, sino de algo más. Intentaré explicar por qué.
Imaginemos que en algún lugar hay una gran masa. Por ejemplo, el sol. El sol es una masa grande. ¿Qué hace? Parece doblar el espacio plano y el espacio se vuelve curvo. Muy claro. Ahora colocamos la Tierra cerca, comienza a girar alrededor del Sol. De hecho, la imagen es bastante geométrica: el espacio está comprimido y nuestro planeta Tierra gira en este agujero. Mire la diapositiva: todas las líneas de coordenadas están distorsionadas allí. Y este es el logro más importante de Einstein cuando propuso la teoría general de la relatividad. Dijo que todos los fenómenos físicos observables no deberían depender de qué tipo de cuadrícula de coordenadas nos proponemos aplicar y qué tipo de reloj utilizamos.
Por qué traje esto aquí, porque también es una especie de "invariancia de calibre".

La curvatura es algo observable y, en un sentido matemático, la intensidad del campo eléctrico también es un tipo de curvatura. Pero no vemos el potencial; el pájaro posado en un cable está vivo”.

Con base en esto, podemos concluir que la energía potencial no debe considerarse como una fuente de masa, porque de lo contrario, los procesos físicos y de masa dependerán del sistema de informes desde el cual se realiza la observación.

Esta idea se ve reforzada por la respuesta de Dmitry Dyakonov a la pregunta sobre la masa del campo electromagnético.

“Dmitry: Por favor, dígame, ¿los campos de fuerza, por ejemplo, los campos eléctricos y gravitacionales, tienen masa?
Dmitry Dyakonov: Si es así, entonces es muy pequeño, y la opinión generalizada es que no tienen masa.
Dmitry: Quise decir algo un poco diferente. Digamos que tenemos un condensador entre cuyas placas hay un campo eléctrico. ¿Este campo tiene masa?
Dmitri Diakonov: No.
Dmitry: ¿Tiene energía?
Dmitri Diakonov: Sí.
Dmitry: ¿Y mc??
Dmitry Dyakonov: Bueno, inventadme un sistema cerrado, es decir, que incluya un condensador, una batería, una central hidroeléctrica, una fuente solar, etc. Cuando confecciones un sistema cerrado, mediremos su masa, y diré que E, ¿que es mc? de esta masa, esta es la energía en reposo de este sistema cerrado. No hago otras declaraciones.
Dmitry: Entonces, ¿la energía del campo es, en esencia, la energía de la batería, los cables y las placas?
Dmitri Diakonov: Por supuesto. Es necesario adoptar un sistema cerrado y se puede emitir un juicio al respecto”.

Entonces, ¿de dónde viene la masa en nuestro mundo?

Dmitry Dyakonov: “Como puede ver, en toda la historia de la ciencia hemos tratado con una amplia variedad de posiciones conectadas, y la suma de las masas de los componentes siempre ha sido mayor que el total. Y ahora llegamos al último estado ligado: estos son protones y neutrones, que están formados por tres quarks, ¡y aquí resulta que ocurre lo contrario! La masa del protón es 940 MeV (ver diapositiva 9). Y a la masa de los quarks constituyentes, es decir, dos u y uno d, sumamos 4 + 4 + 7 y obtenemos solo 15 MeV. Esto significa que la suma de las masas de los componentes no es mayor que el total, como de costumbre, sino menor, y no solo menor, ¡sino 60 veces menor! Es decir, por primera vez en la historia de la ciencia nos encontramos con un estado limitado en el que todo es al revés en comparación con lo habitual.

Resulta que el espacio vacío, el vacío, vive una vida muy compleja y muy rica, como se representa aquí. En este caso, no se trata de una caricatura, sino de una simulación por computadora real de la cromodinámica cuántica real, y el autor es mi colega Derick Leinweber, quien amablemente me proporcionó esta imagen para demostración. Además, lo que es notable es que la presencia de materia casi no tiene efecto sobre las fluctuaciones del campo de vacío. Este es un campo de gluones que fluctúa de una manera extraña todo el tiempo.
Y ahora dejamos entrar quarks allí, ver diapositiva 13. ¿Qué pasará con ellos? Está sucediendo algo bastante interesante. Aquí también el pensamiento no es superficial, intenta ahondar en él. Imaginemos dos quarks, o un quark y un antiquark, que se encuentran simultáneamente en las proximidades de una fluctuación tan grande. La fluctuación crea una cierta correlación entre ellos. Y correlación significa que interactúan.
Aquí sólo puedo dar una imagen cotidiana. Se drena el agua del baño, se forma un embudo, donde caen dos cerillas, se introducen en este embudo y ambos giran de la misma manera. Es decir, el comportamiento de dos partidos está correlacionado. Y se puede decir que el embudo provocó la interacción entre los partidos. Es decir, la influencia externa induce la interacción entre objetos que caen bajo esta influencia. O, digamos, estás caminando por Myasnitskaya y empieza a llover. Y por alguna razón, de repente todos levantan algún objeto sobre sus cabezas. Este es un comportamiento correlacionado, resulta que las personas interactúan, pero no interactúan directamente, y la interacción fue causada por una influencia externa, en este caso, la lluvia.
Probablemente todo el mundo haya oído hablar de la superconductividad y, si hay físicos presentes, explicarán que el mecanismo de la superconductividad es la condensación de los llamados pares de electrones de Cooper en un superconductor. Aquí ocurre un fenómeno similar, sólo que el condensado cuántico no está formado por electrones, sino por pares de quarks y antiquarks.

¿Qué sucede si un quark entra en ese medio? Un quark vuela, puede eliminar a un quark que ya se ha organizado en ese par, este vuela más lejos, cae aleatoriamente en el siguiente, y así sucesivamente, ver diapositiva 14. Es decir, el quark viaja de forma compleja a través de este medio. Y esto es lo que le da masa. Puedo explicar esto en diferentes idiomas, pero, lamentablemente, no mejorará.

El modelo matemático de este fenómeno, que lleva el hermoso nombre de "ruptura espontánea de la simetría quiral", fue propuesto por primera vez en 1961 simultáneamente por nuestros científicos nacionales Vaks y Larkin y el maravilloso científico japonés Nambu, que vivió toda su vida en Estados Unidos y en 2008. , siendo muy anciano, recibió el Premio Nobel por este trabajo”.

La conferencia tenía la diapositiva 14 que mostraba cómo viajan los quarks. De esta diapositiva se deduce que la masa se forma debido a la energía de los quarks y no al campo de gluones. Y esta masa es dinámica: surge como resultado de flujos de energía (movimiento de quarks), en condiciones de "violación espontánea de la simetría quiral".

Todo lo que he escrito aquí son breves extractos de la conferencia de Dmitry Dyakonov. Es mejor leer esta conferencia http://polit.ru/article/2010/09/16/quarks/ en su totalidad. Hay hermosas diapositivas que explican el significado.

Explicaré por qué durante la discusión en este hilo hice preguntas sobre la energía potencial. En las respuestas quería leer aproximadamente lo mismo que estaba escrito en la presentación de la conferencia de Dmitry Dyakonov, para poder basarme más en estas declaraciones y continuar la discusión. Sin embargo, lamentablemente el debate no se llevó a cabo.

Esto es necesario para fortalecer la posición de la hipótesis de la evolución de la materia. Según la hipótesis, la masa en nuestro universo surge como resultado de la estructuración de la materia. La estructuración es la formación de orden en un contexto de caos. Todo lo que está escrito en la presentación de la conferencia de Dmitry Dyakonov, en mi opinión, apoya esta hipótesis.

La estructuración de la materia puede ocurrir en varias etapas. Las transiciones entre etapas van acompañadas de cambios revolucionarios en las propiedades de la materia. Estos cambios en física se denominan transiciones de fase. Ahora se acepta generalmente que hubo varias transiciones de fase (Dmitry Dyakonov también escribió sobre esto). La última de las transiciones de fase podría tener fenómenos observables que los cosmólogos presentan como evidencia de la teoría cosmológica estándar. Por tanto, las observaciones no contradicen esta hipótesis.

Hay otro aspecto interesante aquí. Para realizar cálculos relacionados con el efecto, no es necesario medir el potencial en absoluto. Para calcular la fuerza que actúa sobre el cabello y su energía adicional, es necesario medir la carga eléctrica (el número de electrones) que ha entrado en el cuerpo del niño, y también conocer las características geométricas del cuerpo del niño. incluyendo las características de su cabello, el tamaño y la ubicación de los cuerpos conductores de electricidad que lo rodean.

Respuesta

Si el niño está dentro de una jaula de Faraday, hasta donde tengo entendido, incluso con energía eléctrica. contacta con él, nunca recibirá correo electrónico en su superficie. cargar.
Cuando una celda se conecta a una bola cargada, toda la carga se distribuirá sobre la superficie de la celda. No habrá electricidad en su interior. estadística. campo, sin cargo. El potencial en la superficie del niño también será cero y su cabello permanecerá en su lugar. Creo que incluso si toma un cable a tierra en sus manos, no le resultará nada. Sin carga, sin diferencia de potencial, sin corriente.
Aquellos. en resumen, al colocar al niño en una jaula, restablecerá su correo electrónico. potencial. El potencial será invisible, porque simplemente no está ahí. :-)
También se puede observar el efecto con la diferencia de potencial. Para ello, basta con colocar otra bola al lado del niño, conectada a otra fuente o simplemente conectada a tierra. Ahora, si el niño toca ambas pelotas a la vez, sentirá por sí mismo cuál es la diferencia de potencial (¡niños, no hagan esto!).
Correo electrónico Vemos potencial no sólo a través del cabello. Hay otro hermoso efecto: las luces de San Elmo o simplemente la descarga de corona: http://molniezashitadoma.ru/ogon%20elma.jpg

Respuesta

> el hermoso efecto del cabello del niño no está asociado con el potencial del campo eléctrico, sino con la diferencia de potencial entre el cuerpo del niño y el medio ambiente (en otras palabras, con la intensidad del campo eléctrico)

Tensión eléctrica Arte. Los campos no son diferencias potenciales en absoluto. ;-)
Esta es la principal característica de el. Arte. campo, que caracteriza cada uno de sus puntos: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electric_field_tension
_______________

En cuanto a Dmitry Dyakonov, sus declaraciones me parecen extrañas, por decirlo suavemente... Tal vez se dejó llevar demasiado por sus “quarks” y notablemente desconectado del mundo real. :-)

¿Qué edad tenía Bohr cuando salvó a la física de la caída de un electrón sobre el núcleo con su afirmación de que la caída se produce a saltos? ¡Porque las órbitas se pueden dividir en limpias e impuras!
¡Así funcionó y compártelo!
¿Qué edad tenía Maxwell cuando inventó el campo electromagnético?
¡Y mucha gente entiende que hay polarización!
A veces siento que nos han inculcado mucho respeto desde una edad demasiado temprana.
Le agradecería mucho a Igor Ivanov que hiciera alguna incursión en la época de los grandes descubridores.
A veces todavía me parece que la física teme las formulaciones claras.
¿O se está alejando?
....................
No crítica, sino equilibrio.
¿Eje?

Respuesta

Creo que la ley de Avogadro es cierta para todos los átomos (todos los elementos químicos) sin excepción.
Y NO SÉ cuál es el peso de un átomo.
En el experimento que se describe NO hay paralelo con las condiciones del “test de Avogadro”. ¿Pero había diferentes átomos allí?
Existe la posibilidad de que estemos intentando comprender algo completamente diferente de lo que querían descubrir los experimentadores.
........................
¿Y cuántos años tienen, por cierto?

Respuesta

El problema del movimiento del planeta Tierra con respecto al Sol es el problema de los tres imanes. Dos imanes de la misma polaridad dirigidos entre sí forman la Tierra en su plano con respecto al eje del Sol. El Sol es el tercer imán que hace girar la Tierra y otros planetas con respecto a sus ejes en proporción a sus masas. La órbita elíptica de la Tierra indica que todavía hay algo de fuerza actuando desde la cuerda "invernal" de la elipse. Los pequeños cuerpos espaciales fríos tampoco se mueven libremente en el espacio, han adquirido aceleración. Este estudio sólo puede confirmar que la fuerza gravitacional de los planetas surge debido a que las bases de los planetas están suficientemente calientes. Es decir, cualquier planeta del sistema solar está caliente por dentro.
¿Por qué la Tierra y otros planetas no se acercarán al Sol? El sistema es dinámico, no estático, los ejes de los planetas son paralelos, por lo que hay muchas cimas. Y los planetas no pueden cambiar sus polos, ya que esto equivale a abandonar su órbita.

- ¿Crees que es posible que un cuerpo con campo magnético y un satélite se mueva por inercia durante un tiempo infinitamente largo? En este caso, la Tierra debería tener dos lunas ubicadas simétricamente. El comportamiento del giroscopio explica el momento de inercia y la distribución de equilibrio de la masa con respecto al eje de rotación. Si hay un desequilibrio en el disco de la parte superior con respecto al eje, entonces su eje comienza a describir una espiral. Esto también se aplica a la Tierra: tiene un satélite que debería haberla sacado de su órbita y haberla llevado al espacio si su movimiento con respecto al Sol se explicase únicamente por el momento mecánico de inercia. Aquí el magnetismo del Sol es tan fuerte que puede compensar la influencia de la Luna sobre la Tierra.
  El movimiento ordenado de los planetas y sus satélites en el Sistema Solar no puede explicarse más que por el magnetismo. Nosotros, en la forma del Sol, tenemos una especie de estator, siendo un rotor, pero al mismo tiempo somos un estator para la Luna.
  
  Respuesta
  - Los campos magnéticos y eléctricos están protegidos, Ambrose. Más precisamente, están desviados. Pero ahora mismo no importa.):
    ¿Cómo se imagina una báscula de resorte con un peso de un kilogramo después de cubrirla con un escudo magnético? ¿La flecha irá de derecha a izquierda?
    Me pareció que el giroscopio era un objeto maravilloso para desarrollar el pensamiento. Incluso los chinos piensan lo mismo.
    Solo piensa en ello. ¡El giroscopio se puede mover libremente a lo largo de cualquiera de los tres ejes cartesianos! Si no notas la inclinación del propio eje del giroscopio en su referencia a alguna base imaginaria.
    Por ejemplo, puede quitar el ojo de la mente de la parte superior hasta que se vuelva tan pequeño para el observador que no surjan pensamientos para dibujar el eje de rotación a través de este "punto".
    Por cierto, Ambrose, ¿alguna vez has pensado en los ejes de rotación de puntos infinitesimales?
    ............
    Y así, esta propiedad excepcional del giroscopio impulsó a los científicos a buscar la naturaleza de su inercia, ¡específica sólo del giroscopio!
    Quizás este fue el primer paso de la “ciencia” hacia el futuro de la metafísica. El primer paso que no provocó un rechazo inmunológico por parte de la sociedad. (los hombres nunca habían visto tanta tristeza en sus vidas)
    ....................
    Han pasado varios años.
    Un genio sugirió que la naturaleza de la inercia de un cuerpo material no está dentro del cuerpo, sino en el espacio que lo rodea.
    Esta conclusión fue tan simple como sorprendente.
    Además, como modelo para estudiar la naturaleza de la inercia, el giroscopio resultó ser la herramienta más conveniente. Después de todo, ¡en entornos de laboratorio es fácilmente accesible para observación! A diferencia, por ejemplo, de una ráfaga de proyectiles. Incluso si este flujo está limitado por una tubería de acero.
    ¿Te imaginas el paso de gigante que ha dado la ciencia?
    .................
    Bueno, sí.
    Y no tengo idea.
    Piensa en Ambrosio.
    Pensar.
    
    Respuesta
    - "Un genio sugirió que la naturaleza de la inercia de un cuerpo material no está dentro del cuerpo, sino en el espacio que lo rodea".
      Me pregunto si estás escribiendo sobre el principio de swing.
      Pero estoy hablando del mío. Lo que escribí aquí (publicación del 20/09/2017 08:05) se refiere a “simetría espacial”. (No busques este término en Internet ya que yo lo uso). Allí en el post se habló del caso 4D de simetría espacial. (La cuarta coordenada espacial está dirigida hacia afuera desde el punto). En general, las direcciones de simetría espacial no son iguales. Y esto se puede mostrar usando un top (giroscopio) para una coordenada. Tomemos un eje numérico. Hay una dirección del eje numérico en dirección positiva. Y hay uno negativo. Entonces, estas direcciones no son iguales. Si nos movemos en la dirección negativa, entonces en este eje no encontraremos números reales que sean iguales a la raíz cuadrada de la coordenada de este eje. El eje negativo resulta escaso. En el espacio es imposible distinguir claramente dónde está la dirección positiva y dónde está la dirección negativa. Sin embargo, puedes separarlos usando una tapa. La parte superior, cuando se mueve en la dirección a lo largo del eje de la parte superior, forma un tornillo. Derecha e izquierda. Tomaremos el sentido del tornillo derecho como sentido positivo, y el del izquierdo como sentido negativo. En este caso, se pueden separar las direcciones positiva y negativa. Entonces, en la naturaleza hay procesos que sienten la diferencia entre el movimiento en la dirección positiva y negativa o, en otras palabras, sienten la rarefacción del eje negativo.
      Aquí http://old.site/nauchno-populyarnaya_biblioteka/43375 0/Mnogo_vselennykh_iz_nichego en un comentario al artículo "Muchos universos de la nada" del maravilloso escritor de ciencia ficción Pavel Amnuel, escribí un punto de vista sobre el movimiento de la madre. en nuestro universo usando “simetría espacial”. Este comentario es una continuación de la publicación del 20/09/2017 08:05. Este es exactamente el tema del artículo que nos ocupa. Me gustaria saber tu opinion.
      
      Respuesta
      - Lamentablemente, todavía no he encontrado su segundo comentario sobre el artículo basado en Amnuel. Y solo a partir del 09.02.17. ¿Quizás simplemente no soy tan determinista?):
        Se mencionó a Planck (como una nave espacial... un hombre y un barco de vapor...)
        Realmente interesante. Cuando me di cuenta de que calculaba la constante de su nombre simplemente dividiendo el resultado conocido por la fórmula de Rayleigh, casi estalla de ira. De vuelta en Bursa, también corté algo similar. Resulta que no mucha gente puede ver las relaciones entre fórmulas sin preocuparse por su modelado exacto. ... ¿De qué otra manera untarías esto sobre el pan?
        ):
        De hecho, hubo una historia interesante allí. La gente ha inventado la abstracción de un cuerpo absolutamente negro, que no existe en la naturaleza.
        ¡Así que tómalo y encuéntralo!
        ¿Y qué?
        ¿Los científicos llamaron al espacio el firmamento del cielo?
        - ¡Figuras! ¿Sí?
        Simplemente le agregaron materia, mezclándola con energía.
        Bueno, al menos así.
        Incluso en ese artículo se sugiere la posibilidad de una “colisión de universos”.
        Es más fácil.
        -----------
        Ahora comenzaré con el segundo “si”, y mencionaré el primero más adelante.
        ¿Poder?
        Si podemos distinguir dos (varios, tantos como sea necesario) universos, entonces cada uno de ellos debe tener una característica que permita fenomenológicamente tal selección.
        Los científicos alguna vez intentaron enumerar tales características en la llamada "teoría de conjuntos".
        Lo haremos un poco más simple. - Obviamente, es fenomenológicamente (desde el punto de vista de la conveniencia de describir la "colisión") que podemos describir cada uno de los universos simplemente como una "capa antes de la colisión".
        Si esto es así, entonces nuestra mente puede operar
        COLISIÓN DE CONCHAS.
        Y si esto no es así, entonces la mente que permitió la colisión de universos aún está madura, pero no lo suficiente.
        SI dos (varios) proyectiles chocan, entonces...
        y ahora el primero irá si:
        SI el espacio de las capas inicial y resultante es TRIDIMENSIONAL, entonces, en particular, se forma un plano.
        Por ejemplo, el plano de la eclíptica.
        Lo cual tuvimos el privilegio de observar.
        Todo lo demás tiene menos importancia para mí por ahora.
        Ya se está haciendo largo y aún no he respondido la pregunta directa. Así que pido disculpas de antemano.
        No, me refiero a la posición principal de GTR.
        La primera vez que supe de Mach y su centro mundial fue gracias a mi padre. Todavía en la escuela. Por cierto, estoy de acuerdo contigo. - La idea formulada por Einstein “flotaba en la atmósfera” creada, en muchos aspectos, por el trabajo de Mach. Es una pena que esto no esté incluido en el plan de estudios escolar.
        
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§ 1. Radiación térmica

En el proceso de estudiar la radiación de cuerpos calentados, se encontró que cualquier cuerpo calentado emite ondas electromagnéticas (luz) en una amplia gama de frecuencias. Por eso, La radiación térmica es la emisión de ondas electromagnéticas debido a la energía interna del cuerpo.

La radiación térmica se produce a cualquier temperatura. Sin embargo, a bajas temperaturas casi sólo se emiten ondas electromagnéticas largas (infrarrojas).

Mantenemos las siguientes cantidades que caracterizan la radiación y absorción de energía por los cuerpos:

luminosidad energéticaR(t) es la energía W emitida por 1 m2 de superficie de un cuerpo luminoso en 1 s.

W/m2.

emisividad del cuerpo r(λ,T) ( o densidad espectral de luminosidad energética) es la energía en un intervalo unitario de longitud de onda emitida por 1 m2 de la superficie de un cuerpo luminoso en 1 s.

.
.

Aquí
es la energía de la radiación con longitudes de onda de λ a
.

La relación entre la luminosidad de la energía integral y la densidad de luminosidad de la energía espectral viene dada por la siguiente relación:

Se ha establecido experimentalmente que la relación entre las capacidades de emisión y absorción no depende de la naturaleza del cuerpo. Esto significa que es la misma función (universal) de longitud de onda (frecuencia) y temperatura para todos los cuerpos. Esta ley empírica fue descubierta por Kirchhoff y lleva su nombre.

Ley de Kirchhoff: la relación entre las capacidades de emisividad y absorción no depende de la naturaleza del cuerpo, es la misma función (universal) de longitud de onda (frecuencia) y temperatura para todos los cuerpos:

Un cuerpo que, a cualquier temperatura, absorbe completamente toda la radiación que incide sobre él se llama cuerpo negro absoluto.

Capacidad de absorción de un cuerpo absolutamente negro a.h.t. (λ,T) es igual a uno. Esto significa que la función universal de Kirchhoff
idéntica a la emisividad de un cuerpo completamente negro
. Así, para resolver el problema de la radiación térmica fue necesario establecer la forma de la función de Kirchhoff o la emisividad de un cuerpo absolutamente negro.

Analizar datos experimentales y utilizando métodos termodinámicos físicos austriacos Josef Stefan(1835 – 1893) y Ludwig Boltzmann(1844-1906) en 1879 resolvió parcialmente el problema de la radiación A.H.T. Obtuvieron una fórmula para determinar la luminosidad energética de un a.ch.t. – R acht (T). Según la ley de Stefan-Boltzmann

,
.

EN
En 1896, los físicos alemanes dirigidos por Wilhelm Wien crearon un dispositivo experimental ultramoderno para aquellos tiempos para estudiar la distribución de la intensidad de la radiación en longitudes de onda (frecuencias) en el espectro de radiación térmica de un cuerpo completamente negro. Los experimentos realizados en esta instalación: en primer lugar, confirmaron el resultado obtenido por los físicos austriacos J. Stefan y L. Boltzmann; en segundo lugar, se obtuvieron gráficos de la distribución de la intensidad de la radiación térmica por longitud de onda. Eran sorprendentemente similares a las curvas de distribución de las moléculas de gas en un volumen cerrado, obtenidas anteriormente por J. Maxwell, en cuanto a sus valores de velocidad.

La explicación teórica de los gráficos resultantes se convirtió en un problema central a finales de los años 90 del siglo XIX.

Señor de la física clásica inglesa Rayleigh(1842-1919) y señor Vaqueros(1877-1946) aplicado a la radiación térmica métodos de física estadística(Utilizamos la ley clásica de equidistribución de energía sobre grados de libertad). Rayleigh y Jeans aplicaron el método de la física estadística a las ondas, del mismo modo que Maxwell lo aplicó a un conjunto en equilibrio de partículas que se movían caóticamente en una cavidad cerrada. Supusieron que para cada oscilación electromagnética hay una energía promedio igual a kT ( para energía eléctrica y sobre la energía magnética). Con base en estas consideraciones, obtuvieron la siguiente fórmula para la emisividad del aire acondicionado:

mi
Esta fórmula describe bien el curso de la dependencia experimental en longitudes de onda largas (en bajas frecuencias). Pero para longitudes de onda cortas (altas frecuencias o en la región ultravioleta del espectro), la teoría clásica de Rayleigh y Jeans predijo un aumento infinito en la intensidad de la radiación. Este efecto se llama catástrofe ultravioleta.

Suponiendo que una onda electromagnética estacionaria de cualquier frecuencia corresponde a la misma energía, Rayleigh y Jeans ignoraron el hecho de que a medida que aumenta la temperatura, frecuencias cada vez más altas contribuyen a la radiación. Naturalmente, el modelo que adoptaron debería haber dado lugar a un aumento infinito de la energía de radiación a altas frecuencias. La catástrofe ultravioleta se convirtió en una grave paradoja de la física clásica.

CON
el siguiente intento de obtener una fórmula para la dependencia de la emisividad del a.ch.t. a partir de longitudes de onda fue realizado por Vin. Usando métodos termodinamica clasica y electrodinamica Culpa Fue posible derivar una relación, cuya representación gráfica coincidía satisfactoriamente con la parte de longitud de onda corta (alta frecuencia) de los datos obtenidos en el experimento, pero estaba absolutamente en desacuerdo con los resultados experimentales para longitudes de onda largas (bajas frecuencias). .

De esta fórmula se obtuvo una relación que relaciona esa longitud de onda
, que corresponde a la intensidad máxima de radiación y a la temperatura corporal absoluta T (ley de desplazamiento de Wien):

,
.

Esto concordaba con los resultados experimentales de Wien, que demostraron que a medida que aumenta la temperatura, la intensidad máxima de la radiación se desplaza hacia longitudes de onda más cortas.

Pero no existía una fórmula que describiera toda la curva.

Entonces Max Planck (1858-1947), que en aquel momento trabajaba en el departamento de física del Instituto Kaiser Wilhelm de Berlín, se ocupó de la solución del problema. Planck era un miembro muy conservador de la Academia Prusiana, completamente absorto en los métodos de la física clásica. Le apasionaba la termodinámica. En la práctica, desde el momento en que defendió su tesis en 1879, y casi hasta finales de siglo, Planck pasó veinte años seguidos estudiando problemas relacionados con las leyes de la termodinámica. Planck entendió que la electrodinámica clásica no puede responder a la pregunta de cómo se distribuye la energía de la radiación de equilibrio en longitudes de onda (frecuencias). El problema que surgió estaba relacionado con el campo de la termodinámica. Planck investigó el proceso irreversible de establecimiento del equilibrio entre la materia y la radiación (luz). Para lograr un acuerdo entre teoría y experiencia, Planck se apartó de la teoría clásica sólo en un punto: aceptó la hipótesis de que la emisión de luz se produce en porciones (cuantos). La hipótesis adoptada por Planck permitió obtener para la radiación térmica una distribución de energía en todo el espectro que correspondía al experimento.

Los cuerpos calentados emiten ondas electromagnéticas. Esta radiación se lleva a cabo convirtiendo la energía del movimiento térmico de las partículas del cuerpo en energía de radiación.

La regla de Prevost: Si dos cuerpos a la misma temperatura absorben diferentes cantidades de energía, entonces su radiación térmica a esta temperatura debe ser diferente.

radiativo(emisividad) o densidad espectral de la energía luminosidad de un cuerpo es el valor E n , T, numéricamente igual a la densidad de potencia superficial de la radiación térmica del cuerpo en el rango de frecuencia de una unidad de ancho:

Е n ,Т = dW/dn, W – potencia de radiación térmica.

La emisividad de un cuerpo depende de la frecuencia n, la temperatura absoluta del cuerpo T, el material, la forma y el estado de la superficie. En el sistema SI, En, T se mide en J/m 2.

La temperatura es una cantidad física que caracteriza el grado de calentamiento de un cuerpo. El cero absoluto es –273,15°C. Temperatura en Kelvin TK = t°C + 273,15°C.

Absorbente La capacidad de un cuerpo es la cantidad An, T, que muestra qué fracción de la energía incidente (adquirida) es absorbida por el cuerpo:

A n,T = absorción de W / disminución de W, .

Y n,T es una cantidad adimensional. Depende de n, T, de la forma del cuerpo, del material y del estado de la superficie.

Introduzcamos el concepto: cuerpo absolutamente negro (a.b.t.). Un cuerpo se llama a.ch.t. si a cualquier temperatura absorbe todas las ondas electromagnéticas que inciden sobre él, es decir, un cuerpo para el cual A n , Tº 1. Realice un a.ch.t. puede tener la forma de una cavidad con un pequeño orificio, cuyo diámetro es mucho menor que el diámetro de la cavidad (Fig. 3). La radiación electromagnética que ingresa a la cavidad a través del orificio, como resultado de múltiples reflejos de la superficie interna de la cavidad, es absorbida casi por completo, independientemente del material del que estén hechas las paredes de la cavidad. Los cuerpos reales no son completamente negros. Sin embargo, algunos de ellos tienen propiedades ópticas cercanas a las de a.ch.t. (hollín, negro platino, terciopelo negro). Un cuerpo se llama gris si su capacidad de absorción es la misma para todas las frecuencias y depende únicamente de la temperatura, el material y el estado de la superficie del cuerpo.

Arroz. 3. Modelo de un cuerpo absolutamente negro.

diámetro d de la entrada, diámetro D de la cavidad del a.ch.t.

ley de kirchhoff para radiación térmica. Para una frecuencia y temperatura arbitrarias, la relación entre la emisividad de un cuerpo y su absortividad es la misma para todos los cuerpos y es igual a la emisividad en, T de un cuerpo negro, que es función únicamente de la frecuencia y la temperatura.

E n,T / A n,T = e n,T.

De la ley de Kirchhoff se deduce que si un cuerpo a una temperatura dada T no absorbe radiación en un cierto rango de frecuencia (An, T = 0), entonces no puede emitir equilibrio a esta temperatura en el mismo rango de frecuencia. La capacidad de absorción de los cuerpos puede variar de 0 a 1. Los cuerpos opacos, cuyo grado de emisividad es 0, no emiten ni absorben ondas electromagnéticas. Reflejan completamente la radiación que incide sobre ellos. Si la reflexión se produce de acuerdo con las leyes de la óptica geométrica, entonces el cuerpo se llama espejo.

Un emisor térmico cuya emisividad espectral no depende de la longitud de onda se llama no selectivo, si depende - selectivo.

La física clásica no pudo explicar teóricamente la forma de la función de emisividad del a.ch.t. e n ,T, medido experimentalmente. Según la física clásica, la energía de cualquier sistema cambia continuamente, es decir puede tomar cualquier valor arbitrariamente cercano. En la región de altas frecuencias, e n ,T aumenta monótonamente al aumentar la frecuencia (“catástrofe ultravioleta”). En 1900, M. Planck propuso una fórmula para la emisividad de un a.h.t.:

según el cual la emisión y absorción de energía por partículas de un cuerpo radiante no debe ocurrir de forma continua, sino discreta, en porciones separadas, cuantos, cuya energía

Integrando la fórmula de Planck sobre frecuencias, obtenemos la densidad de radiación volumétrica del AC, Ley de Stefan-Boltzmann:

mi T = stT 4,

donde s es la constante de Stefan-Boltzmann, igual a 5,67 × 10 -8 W × m -2 × K -4.

La emisividad integral de un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. A bajas frecuencias e n, T es proporcional al producto n 2 T, y en la región de altas frecuencias e n, T es proporcional a n 3 exp(-an/T), donde a es una constante.

La densidad de radiación espectral máxima también se puede encontrar a partir de la fórmula de Planck: Ley de Viena: la frecuencia correspondiente al valor máximo de la emisividad de un cuerpo negro es proporcional a su temperatura absoluta. La longitud de onda lmax correspondiente al valor máximo de emisividad es igual a

l máx = b/T,

donde b es la constante de Wien, igual a 0,002898 m×K.

Los valores de l max y n max no están relacionados por la fórmula l = c/n, ya que los máximos de e n,T y e l,T se ubican en diferentes partes del espectro.

La distribución de energía en el espectro de radiación de un cuerpo absolutamente negro a diferentes temperaturas tiene la forma que se muestra en la figura. 4. Las curvas en T = 6000 y 300 K caracterizan la radiación del Sol y la humana, respectivamente. A temperaturas suficientemente altas (T>2500 K), parte del espectro de radiación térmica cae en la región visible.

Arroz. 4. Características espectrales de los cuerpos calentados.

La optoelectrónica estudia los flujos radiantes provenientes de objetos. Es necesario recolectar una cantidad suficiente de energía radiante de la fuente, transmitirla al receptor y resaltar la señal útil en el contexto de interferencias y ruido. Distinguir activo Y pasivo método de funcionamiento del dispositivo. Un método se considera activo cuando existe una fuente de radiación y la radiación debe transmitirse al receptor. Un método pasivo de funcionamiento del dispositivo, cuando no hay una fuente especial y se utiliza la propia radiación del objeto. En la Fig. La Figura 5 muestra diagramas de bloques de ambos métodos.

Arroz. 5. Métodos de funcionamiento activo (a) y pasivo (b) del dispositivo.

Se utilizan varios esquemas ópticos para enfocar los flujos de radiación. Recordemos las leyes básicas de la óptica:

1. La ley de la propagación rectilínea de la luz.

2. La ley de independencia de los haces de luz.

3. Ley de reflexión de la luz.

4. La ley de la refracción de la luz.

La absorción de luz en una sustancia se determina como

I = I 0 exp(-ad),

donde I 0 e I son las intensidades de la onda de luz en la entrada de la capa de sustancia absorbente de espesor d y en la salida de ella, a es el coeficiente de absorción de luz por la sustancia (ley de Bouguer-Lambert).

En varios tipos de dispositivos utilizados en optoelectrónica, se enfoca la radiación proveniente de un objeto o fuente; modulación de radiación; descomposición de la radiación en un espectro mediante elementos dispersantes (prisma, rejillas, filtros); escaneo de espectro; centrándose en el receptor de radiación. A continuación, la señal se transmite a un dispositivo electrónico receptor, se procesa la señal y se registra la información.

Actualmente, en relación con la solución de una serie de problemas en la detección de objetos, se está desarrollando ampliamente la fotometría de pulso.

Capítulo 2. Fuentes de radiación en el rango óptico.

Las fuentes de radiación son todos los objetos que tienen una temperatura diferente a la temperatura del fondo. Los objetos pueden reflejar la radiación que cae sobre ellos, como la radiación solar. La radiación máxima del Sol es de 0,5 micras. Las fuentes de radiación incluyen edificios industriales, automóviles, el cuerpo humano, el cuerpo animal, etc. El modelo clásico más simple de emisor es un electrón que oscila alrededor de una posición de equilibrio según una ley armónica.

a lo natural Las fuentes de radiación incluyen el Sol, la Luna, la Tierra, las estrellas, las nubes, etc.

a artificial Las fuentes de radiación incluyen fuentes cuyos parámetros pueden controlarse. Estas fuentes se utilizan en iluminadores de dispositivos optoelectrónicos, en instrumentos para investigaciones científicas, etc.

La emisión de luz se produce como resultado de las transiciones de átomos y moléculas de estados con mayor energía a estados con menor energía. El brillo es causado por colisiones entre átomos sometidos a movimiento térmico o por impactos de electrones.

Flujo de radiación Ф  Cantidad física igual a la cantidad de energía emitida por un cuerpo calentado desde toda su superficie por unidad de tiempo.:

Luminosidad energética (emisividad) de un cuerpo. R energía emitida por unidad de tiempo desde una unidad de área de un cuerpo calentado en todo el rango de longitud de onda (0< < ∞).:

Densidad espectral de luminosidad energética. R  , t esta es la energía emitida en el rango de longitud de onda de  a +d por unidad de tiempo por unidad de área

Luminosidad energética R t, cual es integral característica de la radiación, se asocia con espectral densidad de luminosidad de energía por la relación

Dado que la longitud de onda y la frecuencia están relacionadas por la relación conocida  = C/, las características espectrales de la radiación también se pueden caracterizar por la frecuencia.

Características de radiación de los cuerpos.

Arroz. 3. Modelo de cuerpo negro

; - cuerpo completamente blanco,

; - cuerpo absolutamente negro.

El coeficiente de absorción depende de la longitud de onda y se caracteriza por la capacidad de absorción espectral, una cantidad física adimensional que muestra qué fracción de la energía incidente por unidad de tiempo por unidad de superficie del cuerpo en el rango de longitud de onda de  a  + d, absorbe:

Un cuerpo cuya capacidad de absorción es la misma para todas las longitudes de onda y depende únicamente de la temperatura se llama gris:

2. Leyes de la radiación térmica.

2.1. Existe una relación entre la densidad espectral de la luminosidad energética y la capacidad de absorción de cualquier cuerpo, la cual se expresa ley de kirchhoff:

La relación entre la densidad espectral de la luminosidad energética de cualquier cuerpo y su capacidad de absorción a una longitud de onda y temperatura determinadas es un valor constante para todos los cuerpos e igual a la densidad espectral de la luminosidad energética de un cuerpo absolutamente negro. r  , t a la misma temperatura y longitud de onda.

Aquí r  , t  función universal de Kirchhoff, en A  , t= 1, es decir, la función universal de Kirchhoff no es más que ConDensidad espectral de la luminosidad energética de un cuerpo completamente negro.

Consecuencias de la ley de Kirchhoff:

Porque A  , t < 1, то: энергия излучения любого тела всегда меньше энергии излучения абсолютно черного тела;

Si un cuerpo no absorbe energía en un determinado rango de longitud de onda ( A  , t= 0), entonces no lo emite en este rango ().

Luminosidad energética integral

Para cuerpo gris

aquellos. El coeficiente de absorción caracteriza la relación entre las emisividades de los cuerpos grises y negros.. En la literatura técnica se le llama Grado de negrura del cuerpo gris.

2.2. ley de stefan-boltzmann establecido por D. Stefan (1879) a partir del análisis de datos experimentales, y luego por L. Boltzmann (1884), teóricamente.

 = 5,6710 -8 W/(m 2  K 4)  Constante de Stefan-Boltzmann,

aquellos. La luminosidad energética de un cuerpo completamente negro es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia.

Ley de Stefan-Boltzmann para el cuerpo gris

Ley de desplazamiento de Viena establecido por el físico alemán W. Wien (1893)

, b= 2,910-3m k Culpa constante. (10)

La longitud de onda a la que cae la densidad espectral máxima de la luminosidad energética de un cuerpo absolutamente negro es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de este cuerpo, es decir Al aumentar la temperatura, la liberación máxima de energía se desplaza al rango de onda corta.

Para continuar con la descarga, debe recopilar la imagen:

Radiación termal

La radiación térmica es radiación electromagnética que surge debido a la energía del movimiento de rotación y vibración de los átomos y moléculas dentro de una sustancia. La radiación térmica es característica de todos los cuerpos que tienen una temperatura superior al cero absoluto.

La radiación térmica del cuerpo humano pertenece al rango infrarrojo de ondas electromagnéticas. Esta radiación fue descubierta por primera vez por el astrónomo inglés William Herschel. En 1865, el físico inglés J. Maxwell demostró que la radiación infrarroja es de naturaleza electromagnética y está formada por ondas con una longitud de 760 nm a 1-2 mm. Muy a menudo, todo el rango de radiación IR se divide en áreas: cercana (750 nm-2500 nm), media (2500 nm - 50 000 nm) y lejana (50 000 nm-2 000 000 nm).

Consideremos el caso en el que el cuerpo A está ubicado en la cavidad B, que está limitada por una capa C reflectante ideal (impenetrable a la radiación) (Fig. 1). Como resultado de la reflexión múltiple desde la superficie interna del caparazón, la radiación se almacenará dentro de la cavidad del espejo y será parcialmente absorbida por el cuerpo A. En tales condiciones, la cavidad del sistema B - cuerpo A no perderá energía, sino que solo Habrá un intercambio continuo de energía entre el cuerpo A y la radiación que llena la cavidad B.

La radiación térmica de equilibrio tiene las siguientes propiedades: homogénea (la misma densidad de flujo de energía en todos los puntos de la cavidad), isotrópica (las posibles direcciones de propagación son igualmente probables), no polarizada (las direcciones y valores de los vectores de intensidad del campo eléctrico y magnético en todos los puntos de la cavidad cambian caóticamente).

Las principales características cuantitativas de la radiación térmica son:

La luminosidad energética es la cantidad de energía de radiación electromagnética en todo el rango de longitudes de onda de la radiación térmica, que es emitida por un cuerpo en todas direcciones desde una unidad de superficie por unidad de tiempo: R = E/(S t), [J/ (m2s)] = [W /m2] La luminosidad de la energía depende de la naturaleza del cuerpo, la temperatura del cuerpo, el estado de la superficie del cuerpo y la longitud de onda de la radiación.

Densidad de luminosidad de energía espectral: la luminosidad de energía de un cuerpo para longitudes de onda dadas (λ + dλ) a una temperatura dada (T + dT): Rλ, T = f(λ, T).

La luminosidad energética de un cuerpo dentro de ciertas longitudes de onda se calcula integrando Rλ, T = f(λ, T) para T = const:

El coeficiente de absorción es la relación entre la energía absorbida por un cuerpo y la energía incidente. Entonces, si la radiación del flujo dFpad cae sobre un cuerpo, entonces una parte se refleja desde la superficie del cuerpo - dFotr, la otra parte pasa al cuerpo y parcialmente se convierte en calor dFpogl, y la tercera parte, después de varios reflexiones internas, atraviesa el cuerpo hacia afuera dFpr: α = dFpogl /dFpad.

Coeficiente de absorción monocromática - coeficiente de absorción de la radiación térmica de una longitud de onda determinada a una temperatura determinada: αλ, T = f(λ, T)

Entre los cuerpos hay cuerpos que pueden absorber toda la radiación térmica de cualquier longitud de onda que incide sobre ellos. Estos cuerpos idealmente absorbentes se denominan cuerpos absolutamente negros. Para ellos α =1.

También hay cuerpos grises para los cuales α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

El modelo de cuerpo negro es una pequeña cavidad con una carcasa resistente al calor. El diámetro del orificio no supera 0,1 veces el diámetro de la cavidad. A temperatura constante, el agujero emite algo de energía, correspondiente a la luminosidad energética de un cuerpo completamente negro. Pero el agujero negro es una idealización. Pero las leyes de la radiación térmica del cuerpo negro ayudan a acercarse a los patrones reales.

2. Leyes de la radiación térmica.

Corolarios de la ley de Kirchhoff:

Un estudio sistemático de los espectros de varios elementos permitió a Kirchhoff y Bunsen establecer una conexión inequívoca entre los espectros de absorción y emisión de gases y la individualidad de los átomos correspondientes. Así, se propuso el análisis espectral, con cuya ayuda es posible identificar sustancias cuya concentración es de 0,1 nm.

Distribución de la densidad espectral de la luminosidad energética para un cuerpo absolutamente negro, un cuerpo gris, un cuerpo arbitrario. La última curva tiene varios máximos y mínimos, lo que indica la selectividad de emisión y absorción de dichos cuerpos.

2. Ley de Stefan-Boltzmann.

El físico alemán Wilhelm Wien formuló en 1893 una ley que determina la posición de la densidad espectral máxima de la luminosidad energética de un cuerpo en el espectro de radiación del cuerpo negro en función de la temperatura. Según la ley, la longitud de onda λmax, que representa la densidad espectral máxima de la luminosidad energética del cuerpo negro, es inversamente proporcional a su temperatura absoluta T: λmax = В/t, donde В = 2,9*10-3 m· K es la constante de Viena.

Por lo tanto, al aumentar la temperatura, no solo cambia la energía de radiación total, sino también la forma misma de la curva de distribución de la densidad espectral de la luminosidad de la energía. Al aumentar la temperatura, la densidad espectral máxima se desplaza hacia longitudes de onda más cortas. Por tanto, la ley de Wien se llama ley de desplazamiento.

La ley de Wien se utiliza en pirometría óptica, un método para determinar la temperatura a partir del espectro de radiación de cuerpos muy calientes que están alejados del observador. Fue este método el que determinó por primera vez la temperatura del Sol (para 470 nm T = 6160 K).

4. La teoría de Planck. Un científico alemán propuso en 1900 la hipótesis de que los cuerpos no emiten continuamente, sino en porciones separadas: cuantos. La energía cuántica es proporcional a la frecuencia de radiación: E = hν = h·c/λ, donde h = 6,63*10-34 J·s Constante de Planck.

Radiación térmica y sus características.

Radiación termal– es la radiación electromagnética de los cuerpos que surge debido a cambios en su energía interna (la energía del movimiento térmico de átomos y moléculas).

La radiación térmica del cuerpo humano pertenece al rango infrarrojo de ondas electromagnéticas.

Rayos infrarrojos ocupan el rango de ondas electromagnéticas con una longitud de onda de 760 nm a 1-2 mm.

Fuente de radiación térmica: cualquier cuerpo cuya temperatura supere la temperatura del cero absoluto.

Flujo de radiación (F)– la cantidad de energía que se emite (absorbe) desde un área seleccionada (superficie) en todas las direcciones por unidad de tiempo.

2. Emisividad integral (R)– flujo de radiación por unidad de superficie.

3. Emisividad espectral() – emisividad integral por unidad de intervalo espectral

¿Dónde está la emisividad integral?

– anchura del intervalo de longitud de onda ().

4. Capacidad de absorción integral (coeficiente de absorción)– la relación entre la energía absorbida por el cuerpo y la energía incidente.

– flujo de radiación que es absorbido por el cuerpo;

– el flujo de radiación que cae sobre el cuerpo.

5. Capacidad de absorción espectral - coeficiente de absorción relacionado con un intervalo espectral unitario:

Cuerpo absolutamente negro. Cuerpos grises

Un cuerpo completamente negro es un cuerpo que absorbe toda la energía incidente.

El coeficiente de absorción de un cuerpo completamente negro no depende de la longitud de onda.

Ejemplos de cuerpo absolutamente negro: hollín, terciopelo negro.

Los cuerpos grises son cuerpos que tienen...

Ejemplo: El cuerpo humano se considera un cuerpo gris.

Los cuerpos negros y grises son una abstracción física.

Leyes de la radiación térmica.

1. Ley de Kirchhoff (1859): La relación entre la emisividad espectral de los cuerpos y su capacidad de absorción espectral no depende de la naturaleza del cuerpo emisor y es igual a la emisividad espectral de un cuerpo absolutamente negro a una temperatura determinada:

¿Dónde está la emisividad espectral de un cuerpo negro?

La radiación térmica es equilibrio: la cantidad de energía emitida por un cuerpo es la cantidad que absorbe.

Arroz. 41. Curvas de distribución de energía en espectros de radiación térmica.

cuerpos diferentes (1 – cuerpo absolutamente negro, 2 – cuerpo gris,

3 – cuerpo arbitrario)

2. Ley de Stefan-Boltzmann (1879, 1884): la emisividad integral de un cuerpo absolutamente negro () es directamente proporcional a la cuarta potencia de su temperatura termodinámica (T).

Dónde - Constante de Stefan-Boltzmann

3. Ley de Wien (1893): la longitud de onda a la que se produce la emisividad espectral máxima de un cuerpo determinado es inversamente proporcional a la temperatura.

Donde = – Culpa constante.

Arroz. 42. Espectros de radiación térmica de un cuerpo completamente negro a diferentes temperaturas.

Radiación térmica del cuerpo humano.

El cuerpo humano tiene una temperatura constante debido a la termorregulación. La parte principal de la termorregulación es el intercambio de calor del cuerpo con el medio ambiente.

El intercambio de calor se produce mediante los siguientes procesos:

a) conductividad térmica (0%), b) convección (20%), c) radiación (50%), d) evaporación (30%).

Rango de radiación térmica del cuerpo humano.

Temperatura de la superficie de la piel humana: .

La longitud de onda corresponde al rango de infrarrojos, por lo que el ojo humano no la percibe.

Emisividad del cuerpo humano.

El cuerpo humano se considera un cuerpo gris, ya que emite parcialmente energía () y absorbe radiación del medio ambiente ().

La energía () que una persona pierde en 1 segundo de 1 de su cuerpo debido a la radiación es:

¿Dónde está la temperatura ambiente: , temperatura del cuerpo humano: .

Métodos de contacto para determinar la temperatura.

Termómetros: mercurio, alcohol.

Escala Celsius: t°C

Escala Kelvin: T = 273 + t°C

La termografía es un método para determinar la temperatura de una zona del cuerpo humano de forma remota mediante la evaluación de la intensidad de la radiación térmica.

Dispositivos: termógrafo o cámara termográfica (registra la distribución de temperatura en un área seleccionada de una persona).

Conferencia número 16. Radiación termal

1. El concepto de radiación térmica y sus características.

Entonces, ¿qué es la radiación térmica?

Figura 1. Reflexión múltiple de ondas térmicas de las paredes de espejo de la cavidad B

Si la distribución de energía permanece sin cambios para cada longitud de onda, entonces el estado de dicho sistema será de equilibrio y la radiación también será de equilibrio. El único tipo de radiación en equilibrio es la térmica. Si por alguna razón el equilibrio entre la radiación y el cuerpo cambia, entonces comienzan a ocurrir procesos termodinámicos que devolverán el sistema a un estado de equilibrio. Si el cuerpo A comienza a emitir más de lo que absorbe, entonces el cuerpo comienza a perder energía interna y la temperatura corporal (como medida de la energía interna) comenzará a bajar, lo que reducirá la cantidad de energía emitida. La temperatura del cuerpo descenderá hasta que la cantidad de energía emitida sea igual a la cantidad de energía absorbida por el cuerpo. Por tanto, se producirá un estado de equilibrio.

El coeficiente de absorción es la relación entre la energía absorbida por un cuerpo y la energía incidente. Entonces, si la radiación del flujo dФ inc cae sobre un cuerpo, entonces una parte se refleja desde la superficie del cuerpo - dФ neg, la otra parte pasa al cuerpo y parcialmente se convierte en calor dФ abs, y la tercera parte , después de varias reflexiones internas, atraviesa el cuerpo hacia afuera dФ inc : α = dФ abs./dФ abajo.

El coeficiente de absorción α depende de la naturaleza del cuerpo absorbente, la longitud de onda de la radiación absorbida, la temperatura y el estado de la superficie del cuerpo.

El modelo de cuerpo negro es una pequeña cavidad con una carcasa resistente al calor. El diámetro del orificio no supera el 0,1 del diámetro de la cavidad. A temperatura constante, el agujero emite algo de energía, correspondiente a la luminosidad energética de un cuerpo completamente negro. Pero el agujero negro es una idealización. Pero las leyes de la radiación térmica del cuerpo negro ayudan a acercarse a los patrones reales.

2. Leyes de la radiación térmica.

1. Ley de Kirchhoff. La radiación térmica es equilibrio: la cantidad de energía emitida por un cuerpo es la cantidad que absorbe. Para tres cuerpos situados en una cavidad cerrada podemos escribir:

La relación indicada también será cierta cuando uno de los cuerpos sea AC:

Ésta es la ley de Kirchhoff: la relación entre la densidad espectral de la luminosidad energética de un cuerpo y su coeficiente de absorción monocromática (a una determinada temperatura y para una determinada longitud de onda) no depende de la naturaleza del cuerpo y es igual para todos los cuerpos. la densidad espectral de la luminosidad energética a la misma temperatura y longitud de onda.

1. La luminosidad energética espectral del cuerpo negro es una función universal de la longitud de onda y la temperatura corporal.

2. La luminosidad energética espectral del cuerpo negro es máxima.

3. La luminosidad de la energía espectral de un cuerpo arbitrario es igual al producto de su coeficiente de absorción por la luminosidad de la energía espectral de un cuerpo absolutamente negro.

4. Cualquier cuerpo a una temperatura determinada emite ondas de la misma longitud de onda que emite a una temperatura determinada.

En 1879, los científicos austriacos Joseph Stefan (experimentalmente para un cuerpo arbitrario) y Ludwig Boltzmann (teóricamente para un cuerpo negro) establecieron que la luminosidad energética total en todo el rango de longitudes de onda es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo:

El físico alemán Wilhelm Wien formuló en 1893 una ley que determina la posición de la densidad espectral máxima de la luminosidad energética de un cuerpo en el espectro de radiación del cuerpo negro en función de la temperatura. Según la ley, la longitud de onda λ max, que representa la densidad espectral máxima de la luminosidad energética del cuerpo negro, es inversamente proporcional a su temperatura absoluta T: λ max = В/t, donde В = 2,9*10 -3 m·K es la constante de Wien.

Las leyes presentadas no nos permitieron encontrar teóricamente ecuaciones para la distribución de la densidad espectral de la luminosidad energética en longitudes de onda. Los trabajos de Rayleigh y Jeans, en los que los científicos estudiaron la composición espectral de la radiación del cuerpo negro basándose en las leyes de la física clásica, llevaron a dificultades fundamentales llamadas la catástrofe ultravioleta. En el rango de ondas ultravioleta, la luminosidad energética del cuerpo negro debería haber llegado al infinito, aunque en experimentos disminuyó a cero. Estos resultados contradecían la ley de conservación de la energía.

Esta fórmula está de acuerdo con datos experimentales en todo el rango de longitudes de onda a todas las temperaturas.

3. Radiación de cuerpos reales y del cuerpo humano.

La radiación térmica de la superficie del cuerpo humano juega un papel importante en la transferencia de calor. Existen tales métodos de transferencia de calor: conductividad térmica (conducción), convección, radiación, evaporación. Dependiendo de las condiciones en las que se encuentre una persona, cada uno de estos métodos puede tener un papel dominante (por ejemplo, a temperaturas ambientales muy altas, el papel principal pertenece a la evaporación, y en agua fría, a la conducción, y una temperatura del agua de 15 grados es un ambiente letal para una persona desnuda, y después de 2 a 4 horas se produce desmayo y muerte debido a hipotermia del cerebro). La proporción de radiación en la transferencia total de calor puede oscilar entre el 75 y el 25%. En condiciones normales, alrededor del 50% en reposo fisiológico.

Hay características de la densidad espectral de la luminosidad energética de los cuerpos reales: a 310 K, que corresponde a la temperatura media del cuerpo humano, la radiación térmica máxima se produce a 9700 nm. Cualquier cambio en la temperatura corporal provoca un cambio en la potencia de la radiación térmica de la superficie del cuerpo (0,1 grados es suficiente). Por lo tanto, el estudio de las áreas de la piel conectadas a través del sistema nervioso central con ciertos órganos ayuda a identificar enfermedades como resultado de las cuales la temperatura cambia de manera bastante significativa (termografía de las zonas de Zakharyin-Ged).

4. Efectos biológicos y terapéuticos del calor y el frío.

El cuerpo humano emite y absorbe constantemente radiación térmica. Este proceso depende de la temperatura del cuerpo humano y del medio ambiente. La radiación infrarroja máxima del cuerpo humano se sitúa en 9300 nm.

5. Fundamentos físicos de la termografía Cámaras termográficas

La termografía, o imagen térmica, es un método de diagnóstico funcional basado en el registro de la radiación infrarroja del cuerpo humano.

Muchas empresas se han dado cuenta últimamente de que a veces es bastante difícil "llegar" a un cliente potencial: su campo de información está tan cargado de diversos tipos de mensajes publicitarios que simplemente dejan de ser percibidos.

La venta telefónica activa se está convirtiendo en una de las formas más efectivas de incrementar las ventas en poco tiempo. Las llamadas en frío tienen como objetivo atraer clientes que no han solicitado previamente un producto o servicio, pero que por una serie de factores son clientes potenciales. Después de marcar el número de teléfono, el gerente de ventas activo debe comprender claramente el propósito de la llamada en frío. Después de todo, las conversaciones telefónicas requieren especial habilidad y paciencia por parte del gerente de ventas, así como conocimiento de técnicas y técnicas de negociación.

Características de la radiación térmica.

Preguntas principales del tema:

1. Características de la radiación térmica.

2. Leyes de la radiación térmica (ley de Kirchhoff, ley de Stefan-Boltzmann, ley de Wien); La fórmula de Planck.

3. Fundamentos físicos de la termografía (termografía).

4. Transferencia de calor desde el cuerpo.

Cualquier cuerpo a temperaturas superiores al cero absoluto (0 K) es una fuente de radiación electromagnética, que se denomina radiación térmica. Surge debido a la energía interna del cuerpo.

El rango de longitudes de onda electromagnéticas (rango espectral) emitido por un cuerpo calentado es muy amplio. En la teoría de la radiación térmica, a menudo se considera que la longitud de onda aquí varía de 0 a ¥.

La distribución de la energía de la radiación térmica de un cuerpo en longitudes de onda depende de su temperatura. A temperatura ambiente, casi toda la energía se concentra en la región infrarroja de la escala de ondas electromagnéticas. A altas temperaturas (1000°C), una parte importante de la energía se emite en el rango visible.

Características de la radiación térmica.

1. Flujo (potencia) de radiación F(a veces indicado por la letra R) – energía emitida en 1 segundo desde toda la superficie de un cuerpo calentado en todas las direcciones del espacio y en todo el rango espectral:

2. Luminosidad energética R– energía emitida en 1 segundo desde 1 m2 de superficie corporal en todas las direcciones del espacio y en todo el rango espectral. Si S es el área de superficie del cuerpo, entonces

3. Densidad de luminosidad espectral r λ- energía emitida en 1 segundo desde 1 m 2 de superficie corporal en todas direcciones en longitud de onda λ en un solo rango espectral , →

La dependencia de r l sobre l se llama espectro radiación térmica de un cuerpo a una temperatura determinada (a t= constante). El espectro da la distribución de la energía emitida por un cuerpo en longitudes de onda. Se muestra en la Fig. 1.

Se puede demostrar que la luminosidad energética R igual al área de la figura limitada por el espectro y el eje (Fig. 1).

4. Se determina la capacidad de un cuerpo calentado para absorber la energía de la radiación externa. coeficiente de absorción monocromático a l,

aquellos. un l igual a la relación entre el flujo de radiación con longitud de onda l absorbida por el cuerpo y el flujo de radiación de la misma longitud de onda que incide sobre el cuerpo. De (3.) se deduce que y yo - cantidad adimensional.

Por tipo de adicción A de l todos los cuerpos se dividen en 3 grupos:

A= 1 en todas las longitudes de onda a cualquier temperatura (Fig.3, 1 ), es decir. Un cuerpo completamente negro absorbe completamente toda la radiación que incide sobre él. En la naturaleza no existen cuerpos "absolutamente negros", un modelo de tal cuerpo puede ser una cavidad opaca cerrada con un pequeño agujero (Fig. 2). El rayo que entra por este agujero, después de repetidos reflejos en las paredes, será absorbido casi por completo.

El sol está cerca de un cuerpo completamente negro, su T = 6000 K.

2). Cuerpos grises: su coeficiente de absorción A < 1 и одинаков на всех длинах волн при любых температурах (рис. 3, 2 ). Por ejemplo, el cuerpo humano puede considerarse un cuerpo gris en problemas de intercambio de calor con el medio ambiente.

para ellos el coeficiente de absorción A < 1 и зависит от длины волны, т.е. A l = F(yo), esta dependencia representa el espectro de absorción del cuerpo (Fig. 3 , 3 ).

Longitud de onda de radiación térmica

Leyes de la radiación térmica. Calidez radiante.

Esto puede ser una novedad para algunos, pero la transferencia de temperatura se produce no sólo por la conductividad térmica a través del contacto de un cuerpo con otro. Cada cuerpo (Sólido, líquido y gaseoso) emite rayos de calor de una determinada onda. Estos rayos, al salir de un cuerpo, son absorbidos por otro cuerpo y adquieren calor. E intentaré explicaros cómo sucede esto y cuánto calor perdemos por esta radiación en nuestra casa para calentarnos. (Creo que a muchos les interesará ver estos números). Al final del artículo resolveremos un problema a partir de un ejemplo real.

Me he convencido más de una vez de que mientras estaba sentado junto al fuego (generalmente uno grande), estos rayos me quemaron la cara. Y si cubría el fuego con las palmas y extendía los brazos, resultaba que mi cara dejaba de arder. No es difícil adivinar que estos rayos son rectos como la luz. No es el aire que circula alrededor del fuego lo que me quema, ni siquiera la conductividad térmica del aire, sino los rayos de calor directos e invisibles que provienen del fuego.

En el espacio suele haber vacío entre los planetas y por tanto la transferencia de temperaturas se realiza exclusivamente mediante rayos de calor (todos los rayos son ondas electromagnéticas).

La radiación térmica tiene la misma naturaleza que la luz y los rayos electromagnéticos (ondas). Simplemente, estas ondas (rayos) tienen diferentes longitudes de onda.

Por ejemplo, las longitudes de onda en el rango de 0,76 a 50 micrones se denominan infrarrojas. Todos los cuerpos a temperatura ambiente + 20 °C emiten principalmente ondas infrarrojas con longitudes de onda cercanas a las 10 micras.

Cualquier cuerpo, a menos que su temperatura sea diferente del cero absoluto (-273,15 °C), es capaz de enviar radiación al espacio circundante. Por tanto, cualquier cuerpo emite rayos sobre los cuerpos que lo rodean y, a su vez, es influenciado por la radiación de estos cuerpos.

La radiación térmica puede ser absorbida o transmitida a través del cuerpo, y también puede simplemente reflejarse desde el cuerpo. La reflexión de los rayos de calor es similar a la de un rayo de luz reflejado en un espejo. La absorción de radiación térmica es similar a cómo un techo negro se calienta mucho con los rayos del sol. Y la penetración o paso de los rayos es similar a cómo los rayos atraviesan el vidrio o el aire. El tipo de radiación electromagnética más común en la naturaleza es la radiación térmica.

Muy parecida en sus propiedades a un cuerpo negro es la llamada radiación relicta, o fondo cósmico de microondas, radiación que llena el Universo con una temperatura de aproximadamente 3 K.

En general, en la ciencia de la ingeniería térmica, para explicar los procesos de radiación térmica, conviene utilizar el concepto de cuerpo negro para explicar cualitativamente los procesos de radiación térmica. Sólo un cuerpo negro puede facilitar los cálculos de alguna manera.

Como se describió anteriormente, cualquier cuerpo es capaz de:

2. Absorber energía térmica.

3. Reflejar la energía térmica.

Un cuerpo negro es un cuerpo que absorbe completamente energía térmica, es decir, no refleja rayos y no pasa radiación térmica a través de él. Pero no olvidemos que un cuerpo negro emite energía térmica.

¿Qué dificultades surgen en los cálculos si el cuerpo no es un cuerpo negro?

Un cuerpo que no es negro tiene los siguientes factores:

2. Refleja una parte de la radiación térmica.

Estos dos factores complican tanto el cálculo que “madre, no te preocupes”. Es muy difícil pensar eso. Pero los científicos no han explicado realmente cómo calcular el cuerpo gris. Por cierto, un cuerpo gris es un cuerpo que no es un cuerpo negro.

La radiación térmica tiene diferentes frecuencias (ondas diferentes) y cada cuerpo individual puede tener una longitud de onda de radiación diferente. Además, cuando cambia la temperatura, esta longitud de onda puede cambiar y su intensidad (fuerza de radiación) también puede cambiar.

Veamos una imagen que confirma la complejidad del cálculo de la emisividad.

La figura muestra dos bolas que contienen partículas de esta bola. Las flechas rojas son rayos emitidos por partículas.

Consideremos un cuerpo negro.

Dentro del cuerpo negro, en el fondo hay unas partículas que están indicadas en naranja. Emiten rayos que absorben otras partículas cercanas, que se indican en amarillo. Los rayos de las partículas anaranjadas de un cuerpo negro no pueden atravesar otras partículas. Y por lo tanto, solo las partículas exteriores de esta bola emiten rayos sobre toda el área de la bola. Por tanto, el cálculo del cuerpo negro es fácil de calcular. También se acepta generalmente que un cuerpo negro emite todo el espectro de ondas. Es decir, emite todas las ondas disponibles de diferentes longitudes. Un cuerpo gris puede emitir parte del espectro de ondas, sólo de una determinada longitud de onda.

Consideremos un cuerpo gris.

Dentro del cuerpo gris, las partículas del interior emiten algunos de los rayos que atraviesan otras partículas. Y ésta es la única razón por la que el cálculo se vuelve más complicado.

La radiación térmica es radiación electromagnética resultante de la conversión de la energía del movimiento térmico de las partículas corporales en energía de radiación. Es la naturaleza térmica de la excitación de emisores elementales (átomos, moléculas, etc.) la que contrasta la radiación térmica con todos los demás tipos de luminiscencia y determina su propiedad específica de depender únicamente de la temperatura y las características ópticas del cuerpo emisor.

La experiencia demuestra que la radiación térmica se observa en todos los cuerpos a cualquier temperatura distinta de 0 K. Por supuesto, la intensidad y la naturaleza de la radiación dependen de la temperatura del cuerpo emisor. Por ejemplo, todos los cuerpos con una temperatura ambiente de + 20 ° C emiten principalmente ondas infrarrojas con longitudes de onda cercanas a las 10 micrones, y el Sol emite energía, cuyo máximo es de 0,5 micrones, que corresponde al rango visible. En T → 0 K, los cuerpos prácticamente no emiten.

La radiación térmica conduce a una disminución de la energía interna del cuerpo y, en consecuencia, a una disminución de la temperatura corporal, al enfriamiento. Un cuerpo calentado libera energía interna debido a la radiación térmica y se enfría hasta la temperatura de los cuerpos circundantes. A su vez, al absorber radiación, los cuerpos fríos pueden calentarse. Estos procesos, que también pueden tener lugar en el vacío, se denominan transferencia de calor por radiación.

Un cuerpo absolutamente negro es una abstracción física utilizada en termodinámica, un cuerpo que absorbe toda la radiación electromagnética que incide sobre él en todos los rangos y no refleja nada. A pesar del nombre, un cuerpo completamente negro puede emitir radiación electromagnética de cualquier frecuencia y tener color visualmente. El espectro de radiación de un cuerpo completamente negro está determinado únicamente por su temperatura.

(Rango de temperatura en Kelvin y su color)

hasta 1000 rojo

5500-7000 Blanco puro

Las sustancias reales más negras, por ejemplo el hollín, absorben hasta el 99% de la radiación incidente (es decir, tienen un albedo de 0,01) en el rango de longitud de onda visible, pero absorben mucho peor la radiación infrarroja. El color negro intenso de algunos materiales (carbón, terciopelo negro) y de la pupila del ojo humano se explica por el mismo mecanismo. Entre los cuerpos del Sistema Solar, el Sol tiene en mayor medida las propiedades de un cuerpo completamente negro. Por definición, el Sol prácticamente no refleja radiación. El término fue acuñado por Gustav Kirchhoff en 1862.

Según la clasificación espectral, el Sol pertenece al tipo G2V (“enana amarilla”). La temperatura de la superficie del Sol alcanza los 6000 K, por lo que el Sol brilla con una luz casi blanca, pero debido a la absorción de parte del espectro por la atmósfera terrestre cerca de la superficie de nuestro planeta, esta luz adquiere un tinte amarillo.

¡Los cuerpos absolutamente negros absorben el 100% y al mismo tiempo se calientan y viceversa! un cuerpo calentado - irradia al 100%, esto significa que existe un patrón estricto (la fórmula para la radiación de un cuerpo absolutamente negro) entre la temperatura del Sol - y su espectro - ya que tanto el espectro como la temperatura ya han sido determinados - sí, ¡el Sol no tiene desviaciones de estos parámetros!

En astronomía existe un diagrama de este tipo: "Espectro-Luminosidad", por lo que nuestro Sol pertenece a la "secuencia principal" de estrellas, a la que pertenecen la mayoría de las otras estrellas, es decir, casi todas las estrellas son "cuerpos absolutamente negros", por extraño que parezca. puede parecer. Las excepciones son las enanas blancas, las gigantes rojas y las novas y supernovas.

Se trata de alguien que no estudió física en la escuela.

Un cuerpo completamente negro absorbe TODA la radiación y emite más que todos los demás cuerpos (cuanto más absorbe un cuerpo, más se calienta; cuanto más se calienta, más emite).

Tengamos dos superficies: gris (con un coeficiente de negrura de 0,5) y absolutamente negra (con un coeficiente de negrura de 1).

El coeficiente de emisividad es el coeficiente de absorción.

Ahora, dirigiendo el mismo flujo de fotones, digamos 100, hacia estas superficies.

Una superficie gris absorberá 50 de ellos, una superficie negra absorberá los 100.

¿Qué superficie emite más luz, en cuál “se sientan” 50 fotones o 100?

Planck fue el primero en calcular correctamente la radiación del cuerpo negro.

La radiación solar obedece aproximadamente a la fórmula de Planck.

Y entonces comencemos a estudiar la teoría.

La radiación se refiere a la emisión y propagación de ondas electromagnéticas de cualquier tipo. Dependiendo de la longitud de onda, existen: rayos X, ultravioleta, infrarrojos, radiación luminosa (visible) y ondas de radio.

Los rayos X son ondas electromagnéticas cuya energía de fotones se encuentra en la escala de ondas electromagnéticas entre la radiación ultravioleta y la radiación gamma, lo que corresponde a longitudes de onda de 10-2 a 103 angstroms. 10 angstroms = 1 nm. (0.nm)

La radiación ultravioleta (ultravioleta, UV, UV) es una radiación electromagnética que ocupa el rango entre el límite violeta de la radiación visible y la radiación de rayos X (10 - 380 nm).

La radiación infrarroja es radiación electromagnética que ocupa la región espectral entre el extremo rojo de la luz visible (con una longitud de onda λ = 0,74 μm) y la radiación de microondas (λ

Ahora toda la gama de radiación infrarroja se divide en tres componentes:

Región de longitud de onda corta: λ = 0,74-2,5 µm;

Región de onda media: λ = 2,5-50 µm;

Región de longitud de onda larga: λ = 50-2000 µm;

La radiación visible son ondas electromagnéticas percibidas por el ojo humano. La sensibilidad del ojo humano a la radiación electromagnética depende de la longitud de onda (frecuencia) de la radiación, produciéndose la sensibilidad máxima a 555 nm (540 terahercios), en la parte verde del espectro. Dado que la sensibilidad disminuye gradualmente hasta cero a medida que nos alejamos del punto máximo, es imposible indicar los límites exactos del rango espectral de la radiación visible. Normalmente, la región de 380-400 nm (750-790 THz) se toma como límite de onda corta y 760-780 nm (385-395 THz) como límite de onda larga. La radiación electromagnética con estas longitudes de onda también se llama luz visible o simplemente luz (en el sentido estricto de la palabra).

La radiación de radio (ondas de radio, frecuencias de radio) es radiación electromagnética con longitudes de onda de 5 · 10−5-1010 metros y frecuencias, respectivamente, desde 6 · 1012 Hz y hasta varios Hz. Las ondas de radio se utilizan para transmitir datos en redes de radio.

La radiación térmica es el proceso de propagación en el espacio de la energía interna de un cuerpo radiante mediante ondas electromagnéticas. Los agentes causantes de estas ondas son las partículas materiales que forman la sustancia. La propagación de ondas electromagnéticas no requiere un medio material; en el vacío se propagan a la velocidad de la luz y se caracterizan por una longitud de onda λ o una frecuencia de oscilación ν. A temperaturas de hasta 1500 °C, la mayor parte de la energía corresponde a radiación infrarroja y en parte a radiación luminosa (λ=0,7÷50 µm).

Cabe señalar que la energía de radiación no se emite de forma continua, sino en forma de determinadas porciones: cuantos. Los portadores de estas porciones de energía son partículas elementales de radiación: fotones, que tienen energía, cantidad de movimiento y masa electromagnética. Cuando la energía de la radiación incide en otros cuerpos, es parcialmente absorbida por ellos, parcialmente reflejada y parcialmente pasa a través del cuerpo. El proceso de convertir la energía de la radiación en energía interna de un cuerpo absorbente se llama absorción. La mayoría de los sólidos y líquidos emiten energía de todas las longitudes de onda en el rango de 0 a ∞, es decir, tienen un espectro de emisión continuo. Los gases emiten energía sólo en determinados rangos de longitud de onda (espectro de emisión selectiva). Los sólidos emiten y absorben energía a través de su superficie y los gases a través de su volumen.

La energía emitida por unidad de tiempo en un rango estrecho de longitudes de onda (de λ a λ+dλ) se denomina flujo de radiación monocromática Qλ. El flujo de radiación correspondiente a todo el espectro en el rango de 0 a ∞ se denomina flujo radiante integral o total Q(W). El flujo radiante integral emitido desde una unidad de superficie de un cuerpo en todas las direcciones del espacio hemisférico se denomina densidad de radiación integral (W/m2).

Para entender esta fórmula, considere la imagen.

No es casualidad que representé dos versiones del cuerpo. La fórmula es válida sólo para un cuerpo de forma cuadrada. Ya que la zona radiante debe ser plana. Siempre que sólo emita la superficie del cuerpo. Las partículas internas no emiten.

Q es la energía (W) emitida por los rayos de toda el área.

Conociendo la densidad de radiación del material, se puede calcular cuánta energía se gasta en radiación:

Es necesario entender que los rayos que emanan del avión tienen diferentes intensidades de radiación en relación a la normal del avión.

Ley de Lambert. La energía radiante emitida por un cuerpo se propaga en el espacio en diferentes direcciones con diferentes intensidades. La ley que establece la dependencia de la intensidad de la radiación de la dirección se llama ley de Lambert.

La ley de Lambert establece que la cantidad de energía radiante emitida por un elemento de la superficie en la dirección de otro elemento es proporcional al producto de la cantidad de energía emitida a lo largo de la normal y la magnitud del ángulo espacial formado por la dirección de la radiación con el normal

La intensidad de cada rayo se puede encontrar usando la función trigonométrica:

Es decir, es una especie de coeficiente angular y obedece estrictamente a la trigonometría del ángulo. El coeficiente sólo funciona para un cuerpo negro. Dado que las partículas cercanas absorberán los rayos laterales. Para un cuerpo gris, es necesario tener en cuenta la cantidad de rayos que atraviesan las partículas. También hay que tener en cuenta la reflexión de los rayos.

En consecuencia, la mayor cantidad de energía radiante se emite en dirección perpendicular a la superficie de radiación. La ley de Lambert es totalmente válida para un cuerpo absolutamente negro y para cuerpos con radiación difusa a una temperatura de °C. La ley de Lambert no se aplica a superficies pulidas. Para ellos, la emisión de radiación en un ángulo será mayor que en la dirección normal a la superficie.

Un poco sobre definiciones. Las definiciones te vendrán muy bien para expresarte correctamente.

Tenga en cuenta que la mayoría de los sólidos y líquidos tienen un espectro de radiación continuo (continuo). Esto significa que tienen la capacidad de emitir rayos de todas las longitudes de onda.

El flujo radiante (o flujo de radiación) es la relación entre la energía radiante y el tiempo de radiación, W:

donde Q es la energía de radiación, J; t - tiempo, s.

Si un flujo radiante emitido por una superficie arbitraria en todas las direcciones (es decir, dentro de un hemisferio de radio arbitrario) ocurre en un rango estrecho de longitudes de onda de λ a λ+Δλ, entonces se llama flujo de radiación monocromática.

La radiación total de la superficie del cuerpo en todas las longitudes de onda del espectro se llama flujo de radiación integral o total Ф

El flujo integral emitido desde una unidad de superficie se llama densidad de flujo superficial de la radiación integral o emisividad, W/m2,

La fórmula también se puede utilizar para radiación monocromática. Si la radiación térmica monocromática cae sobre la superficie de un cuerpo, entonces, en el caso general, el cuerpo absorberá una parte igual a B λ de esta radiación, es decir, se convertirá en otra forma de energía como resultado de la interacción con la materia, la parte F λ se reflejará y la parte D λ atravesará el cuerpo. Si asumimos que la radiación que incide sobre el cuerpo es igual a la unidad, entonces

donde B λ, F λ, D λ son coeficientes de absorción y reflexión, respectivamente

y transmisión corporal.

Cuando dentro del espectro los valores de B, F, D permanecen constantes, es decir No dependen de la longitud de onda, no hay necesidad de índices. En este caso

Si B = 1 (F = D = 0), entonces un cuerpo que absorbe completamente toda la radiación que incide sobre él, independientemente de la longitud de onda, la dirección de incidencia y el estado de polarización de la radiación, se denomina cuerpo negro o emisor completo.

Si F=1 (B=D=0), entonces la radiación incidente sobre el cuerpo se refleja completamente. En el caso de que la superficie del cuerpo sea rugosa, los rayos se reflejan dispersamente (reflexión difusa) y el cuerpo se llama blanco, y cuando la superficie del cuerpo es lisa y la reflexión sigue las leyes de la óptica geométrica, entonces El cuerpo (superficie) se llama espejo. En el caso de que D = 1 (B = F = 0), el cuerpo es permeable a los rayos de calor (diatérmico).

Los sólidos y líquidos son prácticamente opacos a los rayos térmicos (D = 0), es decir atérmico. Para tales cuerpos

En la naturaleza no existen cuerpos absolutamente negros, ni tampoco transparentes o blancos. Estos cuerpos deben considerarse abstracciones científicas. Pero aún así, algunos cuerpos reales pueden tener propiedades bastante cercanas a estos cuerpos idealizados.

Cabe señalar que algunos cuerpos tienen determinadas propiedades en relación con los rayos de una determinada longitud de onda y diferentes propiedades en relación con los rayos de diferente longitud. Por ejemplo, un cuerpo puede ser transparente a los rayos infrarrojos y opaco a los rayos visibles (luz). La superficie de un cuerpo puede ser lisa en relación con los rayos de una longitud de onda y rugosa para los rayos de otra longitud de onda.

Los gases, especialmente los que se encuentran a baja presión, a diferencia de los sólidos y líquidos, emiten un espectro lineal. Así, los gases absorben y emiten rayos de sólo una determinada longitud de onda, pero no pueden emitir ni absorber otros rayos. En este caso se habla de absorción y emisión selectiva.

En la teoría de la radiación térmica, un papel importante lo desempeña una cantidad llamada densidad de flujo espectral de radiación, o emisividad espectral, que es la relación entre la densidad del flujo radiante emitido en un intervalo de longitud de onda infinitesimal de λ a λ+Δλ. al tamaño de este intervalo de longitud de onda Δλ, W/ m 2,

donde E es la densidad superficial del flujo radiante, W/m2.

¿Por qué no existe dicha guía de materiales? Porque la pérdida de calor por radiación térmica es muy pequeña y creo que es poco probable que supere el 10% en nuestras condiciones de vida. Por tanto, no se incluyen en el cálculo de las pérdidas de calor. Cuando volemos al espacio con frecuencia, aparecerán todos los cálculos. O mejor dicho, nuestra astronáutica ha acumulado datos sobre materiales, pero aún no están disponibles gratuitamente.

Ley de absorción de energía radiante.

Si un flujo radiante cae sobre cualquier cuerpo de espesor l (ver figura), entonces, en el caso general, disminuye a medida que atraviesa el cuerpo. Se supone que el cambio relativo en el flujo radiante a lo largo de la trayectoria Δl es directamente proporcional a la trayectoria del flujo:

El coeficiente de proporcionalidad b se denomina índice de absorción y generalmente depende de las propiedades físicas del cuerpo y de la longitud de onda.

Integrando en el rango de l a 0 y tomando b constante, obtenemos

Establezcamos una conexión entre el coeficiente de absorción espectral del cuerpo B λ y el coeficiente de absorción espectral de la sustancia b λ.

De la definición del coeficiente de absorción espectral B λ tenemos

Después de sustituir valores en esta ecuación, obtenemos la relación entre el coeficiente de absorción espectral B λ y el índice de absorción espectral B λ.

El coeficiente de absorción B λ es igual a cero en l 1 = 0 y b λ = 0. Para un valor grande de bλ, un valor muy pequeño de l es suficiente, pero aún no igual a cero, de modo que el valor de B λ está tan cerca de la unidad como se desea. En este caso, podemos decir que la absorción se produce en una fina capa superficial de la sustancia. Sólo en esta comprensión es posible hablar de absorción superficial. Para la mayoría de los sólidos, debido al gran valor del coeficiente de absorción b λ, la "absorción superficial" ocurre en el sentido indicado y, por lo tanto, el coeficiente de absorción está muy influenciado por el estado de su superficie.

Los cuerpos, aunque tengan un coeficiente de absorción bajo, como los gases, pueden, si son lo suficientemente gruesos, tener un coeficiente de absorción grande, es decir, se vuelven opacos a los rayos de una longitud de onda determinada.

Si b λ =0 para el intervalo Δλ, y para otras longitudes de onda b λ no es igual a cero, entonces el cuerpo absorberá radiación incidente solo de ciertas longitudes de onda. En este caso, como hemos comentado anteriormente, hablamos de un coeficiente de absorción selectiva.

Destaquemos la diferencia fundamental entre el coeficiente de absorción de una sustancia b λ y el coeficiente de absorción B λ de un cuerpo. El primero caracteriza las propiedades físicas de una sustancia en relación con los rayos de una determinada longitud de onda. El valor de B λ depende no sólo de las propiedades físicas de la sustancia que constituye el cuerpo, sino también de la forma, el tamaño y el estado de la superficie del cuerpo.

Leyes de radiación de energía radiante.

Max Planck teóricamente, basándose en la teoría electromagnética, estableció una ley (llamada ley de Planck) que expresa la dependencia de la emisividad espectral de un cuerpo negro E 0λ de la longitud de onda λ y la temperatura T.

donde E 0λ (λ,T) es la emisividad del cuerpo negro, W/m 2 ; T - temperatura termodinámica, K; C 1 y C 2 - constantes; C1 =2πhc2 =(3,74150±0,0003) 10-16 W m2; C2 =hc/k=(1,438790±0,00019)10-2; m K (aquí h=(6,626176±0,000036) J s es la constante de Planck; c=(±1,2) m/s es la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el espacio libre: k es la constante de Boltzmann.)

De la ley de Planck se deduce que la emisividad espectral puede ser cero a una temperatura termodinámica igual a cero (T=0), o a una longitud de onda λ = 0 y λ→∞ (en T≠0).

En consecuencia, un cuerpo negro emite a cualquier temperatura superior a 0 K. (T > 0) rayos de todas las longitudes de onda, es decir. tiene un espectro de emisión continuo (continuo).

De la fórmula anterior podemos obtener una expresión calculada para la emisividad de un cuerpo negro:

Integrando dentro del rango de cambios en λ de 0 a ∞ obtenemos

Como resultado de expandir el integrando en una serie e integrarlo, obtenemos una expresión calculada para la emisividad de un cuerpo negro, llamada ley de Stefan-Boltzmann:

donde E 0 es la emisividad del cuerpo negro, W/m 2 ;

σ - constante de Stefan Boltzmann, W/(m 2 K 4);

σ = (5,67032 ± 0,00071) 10 -8;

T - temperatura termodinámica, K.

La fórmula suele escribirse en una forma más conveniente para el cálculo:

donde E 0 es la emisividad del cuerpo negro; C0 = 5,67 W/(m2K4).

La ley de Stefan-Boltzmann se formula de la siguiente manera: la emisividad de un cuerpo negro es directamente proporcional a su temperatura termodinámica elevada a la cuarta potencia.

Distribución espectral de la radiación del cuerpo negro a diferentes temperaturas.

λ - longitud de onda de 0 a 10 µm (nm)

E 0λ - debe entenderse de la siguiente manera: como si hubiera una cierta cantidad de energía (W) en el volumen (m 3) de un cuerpo negro. Esto no significa que emita dicha energía únicamente desde sus partículas externas. Simplemente, si reunimos todas las partículas de un cuerpo negro en un volumen y medimos la emisividad de cada partícula en todas las direcciones y las sumamos todas, obtendremos la energía total en el volumen, que se indica en el gráfico.

Como puede verse por la ubicación de las isotermas, cada una de ellas tiene un máximo, y cuanto mayor es la temperatura termodinámica, mayor es el valor de E0λ correspondiente al máximo, y el punto máximo en sí se mueve hacia la región de ondas más cortas. El desplazamiento de la emisividad espectral máxima E0λmax a la región de ondas más cortas se conoce como

La ley de desplazamiento de Viena, según la cual

T λ max = 2,88 10 -3 m K = constante y λ max = 2,88 10 -3 / T,

donde λ max es la longitud de onda correspondiente al valor máximo de emisividad espectral E 0λmax.

Así, por ejemplo, a T = 6000 K (la temperatura aproximada de la superficie solar), el máximo E 0λ se encuentra en la región de radiación visible, en la que cae aproximadamente el 50% de la emisividad solar.

El área elemental bajo la isoterma, sombreada en el gráfico, es igual a E 0λ Δλ. Está claro que la suma de estas áreas, es decir la integral representa la emisividad del cuerpo negro E 0 . Por lo tanto, el área entre la isoterma y el eje x representa la emisividad del cuerpo negro en la escala convencional del diagrama. A valores bajos de temperatura termodinámica, las isotermas pasan muy cerca del eje de abscisas y el área indicada se vuelve tan pequeña que prácticamente puede considerarse igual a cero.

Los conceptos de los llamados cuerpos grises y radiación gris desempeñan un papel importante en la tecnología. Gray es un emisor térmico no selectivo capaz de emitir un espectro continuo, con emisividad espectral E λ para ondas de todas las longitudes y a todas las temperaturas, constituyendo una fracción constante de la emisividad espectral de un cuerpo negro E 0λ, es decir

La constante ε se denomina coeficiente de emisividad del emisor térmico. Para cuerpos grises, coeficiente de emisividad ε E - Emisividad, W;

B - Coeficiente de absorción;

F - Coeficiente de reflexión;

D - Transmitancia;

T - Temperatura K.

Podemos suponer que todos los rayos enviados por un cuerpo caen completamente sobre el otro. Supongamos que los coeficientes de transmitancia de estos cuerpos son D 1 = D 2 = 0 y hay un medio termotransparente (diatérmico) entre las superficies de los dos planos. Denotemos por E 1 , B 1 , F 1 , T 1 y E 2 , B 2 , F 2 , T 2 la emisividad, absorción, reflexión y temperaturas superficiales del primer y segundo cuerpo, respectivamente.

El flujo de energía radiante desde la superficie 1 a la superficie 2 es igual al producto de la emisividad de la superficie 1 y su área A, es decir E 1 A, de la cual parte de E 1 B 2 A es absorbida por la superficie 2, y parte de E 1 F 2 A se refleja de regreso a la superficie 1. De este flujo reflejado E 1 F 2 A, la superficie 1 absorbe E 1 F 2 B 1 A y refleja E 1 F 1 F 2 A. DEL flujo de energía reflejado E 1 F 1 F 2 A, la superficie 2 absorberá nuevamente E 1 F 1 F 2 B 2 A y reflejará E 1 F 1 F 2 A , etc.

De manera similar, la energía radiante se transfiere mediante el flujo E 2 desde la superficie 2 a la superficie 1. Como resultado, el flujo de energía radiante absorbido por la superficie 2 (o emitido por la superficie 1)

El flujo de energía radiante absorbida por la superficie 1 (o emitida por la superficie 2),

En el resultado final, el flujo de energía radiante transferido de la superficie 1 a la superficie 2 será igual a la diferencia entre los flujos radiantes Ф 1→2 y Ф 2→1, es decir

La expresión resultante es válida para todas las temperaturas T 1 y T 2 y, en particular, para T 1 = T 2. En el último caso, el sistema considerado está en equilibrio térmico dinámico y, basándose en la segunda ley de la termodinámica, es necesario poner Ф 1→2 = Ф 2→1 que sigue

La igualdad resultante se llama ley de Kirchhoff: la relación entre la emisividad de un cuerpo y su coeficiente de absorción para todos los cuerpos grises a la misma temperatura es la misma e igual a la emisividad de un cuerpo negro a la misma temperatura.

Si un cuerpo tiene un coeficiente de absorción bajo, como por ejemplo un metal bien pulido, entonces este cuerpo también tiene una emisividad baja. Sobre esta base, para reducir la pérdida de calor por radiación al ambiente externo, las superficies que liberan calor se cubren con láminas de metal pulido para aislamiento térmico.

Al deducir la ley de Kirchhoff se tuvo en cuenta la radiación gris. La conclusión seguirá siendo válida incluso si la radiación térmica de ambos cuerpos se considera sólo en una determinada parte del espectro, pero sin embargo tiene el mismo carácter, es decir. ambos cuerpos emiten rayos cuyas longitudes de onda se encuentran en la misma región espectral arbitraria. En el caso límite llegamos al caso de la radiación monocromática. Entonces

aquellos. para la radiación monocromática, la ley de Kirchhoff debe formularse de la siguiente manera: la relación entre la emisividad espectral de un cuerpo en una determinada longitud de onda y su coeficiente de absorción en la misma longitud de onda es la misma para todos los cuerpos a las mismas temperaturas y es igual a la radiación espectral. Emisividad de un cuerpo negro con la misma longitud de onda y la misma temperatura.

Concluimos que para un cuerpo gris B = ε, es decir Los conceptos de “coeficiente de absorción” B y “coeficiente de negrura” ε para un cuerpo gris coinciden. Por definición, el coeficiente de emisividad no depende ni de la temperatura ni de la longitud de onda y, por tanto, el coeficiente de absorción de un cuerpo gris tampoco depende ni de la longitud de onda ni de la temperatura.

La radiación de los gases difiere significativamente de la radiación de los sólidos. Absorción y emisión de gases - selectiva (selectiva). Los gases absorben y emiten energía radiante sólo en ciertos intervalos bastante estrechos de longitudes de onda Δλ, las llamadas bandas. En el resto del espectro, los gases no emiten ni absorben energía radiante.

Los gases diatómicos tienen una capacidad insignificante para absorber energía radiante y, por tanto, una baja capacidad para emitirla. Por tanto, estos gases suelen considerarse diatérmicos. A diferencia de los gases diatómicos, los gases poliatómicos, incluidos los gases triatómicos, tienen una capacidad significativa para emitir y absorber energía radiante. De los gases triatómicos en el campo de los cálculos termotécnicos, los de mayor interés práctico son el dióxido de carbono (CO 2) y el vapor de agua (H 2 O), cada uno de los cuales tiene tres bandas de emisión.

A diferencia de los sólidos, el índice de absorción de los gases (por supuesto, en la zona de las bandas de absorción) es pequeño. Por tanto, para los cuerpos gaseosos ya no es posible hablar de absorción “superficial”, ya que la absorción de energía radiante se produce en un volumen finito de gas. En este sentido, la absorción y emisión de gases se denomina volumétrica. Además, el coeficiente de absorción b λ de los gases depende de la temperatura.

Según la ley de absorción, el coeficiente de absorción espectral de un cuerpo se puede determinar mediante:

Para los cuerpos gaseosos, esta dependencia es algo complicada por el hecho de que el coeficiente de absorción de gas se ve afectado por su presión. Esto último se explica por el hecho de que la absorción (radiación) es más intensa cuanto mayor es el número de moléculas que encuentran el haz en su trayectoria, y el número volumétrico de las moléculas (la relación entre el número de moléculas y el volumen) es directamente proporcional. a la presión (en t = const).

En los cálculos técnicos de la radiación de gases, los gases absorbentes (CO 2 y H 2 O) suelen incluirse como componentes de la mezcla de gases. Si la presión de la mezcla es p, y la presión parcial del gas absorbente (o emisor) es p i, entonces en lugar de l es necesario sustituir el valor p i 1. El valor p i 1, que es el producto del gas presión y su espesor, se denomina espesor efectivo de la capa. Por tanto, para los gases el coeficiente de absorción espectral

El coeficiente de absorción espectral de un gas (en el espacio) depende de las propiedades físicas del gas, la forma del espacio, sus dimensiones y la temperatura del gas. Entonces, de acuerdo con la ley de Kirchhoff, la emisividad espectral

Emisividad dentro de una banda espectral

Esta fórmula se utiliza para determinar la emisividad de un gas en el espacio libre (vacío). (El espacio libre puede considerarse como un espacio negro a 0 K.) Pero el espacio gaseoso siempre está limitado por la superficie de un cuerpo sólido, que en general tiene una temperatura T st ≠ T g y un coeficiente de emisividad ε st.