Методы определения температуры

Температура –физическая величина характеризующая распределение энергии между частицами вещества или в спектре излучения в условиях теплового (термодинамического) равновесия.

В астрофизике часто за температурупринимают величину КТи измеряют температуру в энергетических единицах (эрг, Дж, эВ).

Температура –характеристика средней кинетической энергии одной частицы вещества. В этом смысле температуру называют кинетической.

Кинетическая энергия частиц в состоянии равновесия распределена в соответствии с распределением Максвелла.

Распределение по возбужденным состояниям в состоянии возбуждения определяется распределением Больцманаэто температура возбуждения.

В состоянии ионизации степень ионизации описывается формулой Саха,содержащей температуру, которая называется температурой ионизации.

Температура входит в законы теплового излучения и они могут быть использованы для определения температуры.

В состоянии равновесия все эти температуры равны.

В астрофизике измерение температуры обладает особенностью – невозможность использования термометра. Используются различные косвенные методы.

а) определение температуры по ширине спектральных линий.

Рисунок 53. Изменение среднегодовых чисел Вольфа.

Используется эффект Доплера, вследствие которого спектральная линия имеет форму кривой Гаусса.

; ⇒

– наиболее вероятная скорость. (22)

(23)

K – постоянная Больцмана.

б) определение температуры по исследованию элементарных атомных процессов.

Пример: в спектре наблюдаются линии многократно ионизированного атома некоторого элемента. Для такой ионизации энергии электромагнитного излучения может быть недостаточно. Следовательно, ионизация происходит при столкновениях частиц за счет энергии теплового движения

Е =

Если энергия Е = 1 эВ то Т = 11600 К.

При энергии Е = 100 эВ Т ~ млн. К. Величину Е определяют по известной энергии ионизации атома.

в) определение температуры по законам излучений абсолютно черного тела.

Законы излучения А.Ч.Т. – это законы Стефана Больцмана, Вина, Планка. Кривая распределения энергии в спектре излучения.

· эффективнаятемпература тела – температура такого абсолютно черного тела, каждая единица поверхности которого во всем спектреизлучает такой же поток энергии Е как и единица поверхности тела.

Т.е. используется закон Стефана Больцмана

Е = σ Т⁴ (24)

σ – постоянная Стефана – Больцмана;

Е – определяется по наблюдениям. \

Эффективнаятемпература называется такжерадиационной.

· яркостнаятемпература – температура такого А.Ч.Т., единица поверхности которого в некоторойдлине волны излучает такой же поток энергии как и данное тело в той же длине волны.

Для определения яркостной температуры надо применить формулу Планка. По разным участкам спектра яркостная температура может быть различна.

Рисунок 54. Распределение энергии в спектре солнечного диска (жирная линия) и планковские кривые.

· цветоваятемпература - температура А.Ч.Т., у которого относительное распределение энергии в некотором участке спектра ,также как и у данного тела.

Таблица 7. Фотометрические характеристики некоторых объектов

Таблица 8.Средняя распространенность химических элементов в космосе.

Рисунок 55. Доплеровский профиль спектральной линии

Контрольные вопросы:

1.Шкала электромагнитных волн.

2.Механизм излучения электромагнитных волн.

3.Правила отбора.

4.Эффекты Доплера, Зеемана, Штарка.

5.Температуры определяемые различными методами.

6.Методы определения температур.

Рекомендуемые задания на СРО по теме 9:

1.Электромагнитное излучение. Механизмы излучения в различных диапазонах.

2.Понятие температуры. Методы определения температуры. Температуры в астрофизике.

2.10.Лекция№17 - 20 . Тема 10. Элементы

Солнечной системы.

Цель:изучение Солнца и элементов, связанных с ним гравитационным полем.

Ключевые слова:Солнце, магнитное поле, планеты, астероиды, кометы,

Структура:

1.Характеристики Солнца.

2. Большие планеты Солнечной системы

3. Малые тела Солнечной системы.

Физические основы:

1. Шкала электромагнитных волн.

2. Характеристики физических тел: размер, масса, плотность.

3. Формы траекторий движения, эксцентриситет. Вращательное движение.

4. Агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное. Плазма. Атомы, ионы, элементарные частицы.

5. Распределение Максвелла.

6. Характеристики излучающей системы: температура, мощность излучения. Температура: эффективная, цветовая.

7. Спектры излучения (эмиссии) и поглощения.

8. Гравитационное и магнитное поля и их характеристики.

9. Естественная радиоактивность.

10. Термоядерный синтез.