Исследование поглощения инфракрасных лучей в XIX веке (по Дж. Тиндалю)
Открытие термо-ЭДС, возникающей при нагреве контакта двух разнородных металлов (термопары), сделало возможным исследование свойств инфракрасных лучей. Термоэлектрический датчик (последовательно соединённые термопары) при нагревании инфракрасными лучами вырабатывает ЭДС, измеряемую гальванометром. По отклонению стрелки судят о степени нагрева.
На рис. 1 показана схема исследования прозрачности твёрдых тел в XIX в. для инфракрасных лучей. Предполагалось, что воздух для этих лучей прозрачен. В качестве источника инфракрасных лучей использовались нагретое тело, пламя лампы и т. п. Известно, что, по закону Вина, с понижением температуры тела максимум излучения смещается в сторону длинных волн:
где b = 2897 мкм·К, T — температура тела в кельвинах.
В опыте исследуемая пластина толщиной l перекрывала отверстие диафрагмы. Оказалось, что прозрачные для видимого света лёд и стекло непрозрачны для тепловых лучей (см. таблицу). Горный хрусталь пропускает 6% излучения нагретой до 400 ºС меди и 3% излучения нагретой до 100 ºС меди. Таким образом, прозрачность хрусталя зависит от температуры излучающего тела. Длинноволновое излучение не проходит через стекло и лёд, а каменная соль для этого излучения прозрачна. По этой причине при изучении прозрачности газов кристаллы каменной соли использовались в качестве «окон» в цилиндре с исследуемым газом (рис. 2, торцы цилиндра АВ). Поглощающая способность газа зависит от давления. В опыте в предварительно откачанный цилиндр АВ (см. рис. 2) будем впускать этилен через кран Gʹ. Уберём экран Т, закрывающий зачернённый сажей куб С, наполненный кипящей водой. Результаты опытов по изучению поглощающей способности этилена и диэтилового эфира приведены на рис. 3.
Сильное поглощение тепловых лучей характерно и для ряда других газов. Так, непрозрачность паров воды и углекислого газа в атмосфере для инфракрасных лучей играет существенную роль в парниковом эффекте, наблюдаемом в XXI в.
Возможно ли при изучении прозрачности газов в опыте по рис. 2 использовать обычные стеклянные окна в цилиндре AB? Ответ поясните.
Нельзя. Для инфракрасного излучения, испущенного медью при 100 ºС, стекло непрозрачно, то же следует сказать и о лучах, испускаемых кубом с кипящей водой, поскольку её температура также равна 100 ºС.
Вставьте в предложение пропущенные слова, используя информацию из текста.
При понижении температуры излучателя инфракрасных волн доля излучения, поглощённая стеклом, ____________________. Стекло __________________ для излучения меди, нагретой до 100 ºС.
В ответ запишите слова (сочетания слов) по порядку, без дополнительных символов.
На какой длине волны лежит максимум излучения пламени в описанном опыте, если температура пламени составляет 920 ºC? Ответ округлите до десятых. Ответ приведите в микрометрах.
Есть ли основания по данным исследований прозрачности этилена и диэтилового эфира предполагать, что при давлении 0,15 атм. эфир будет прозрачней, чем этилен? Ответ поясните.