Cтраница 4
Для того, чтобы понять физику данной теоремы, рассмотрим в качестве примера зеркало гальванометра, подвешенное в воздухе. Зеркало подвергается огромному числу случайных ударов молекул, что вызывает флуктуации и броуновское движение угла поворота зеркала во времени. В то же время удары наличие молекул вызывает вязкостную или диссипативную силу, которая противодействует движению зеркала. Макроскопически это сопротивление истолковывается как вязкость и вызывает затухание любых периодических осцилляции зеркала гальванометра во времени. Ясно, что один и тот же механизм - удары молекул - отвечает как за флуктуации зеркала, так и за его успокоение, поэтому следует ожидать некоторого соотношения между флуктуациями и диссипацией. [46]
Перенос тепла излучением и оптическая термометрия тесно связаны, поскольку в обоих случаях необходимо иметь соотношение между термодинамической температурой и количеством и качеством тепловой энергии, излученной поверхностью. Первый - закон Стефана ( 1879 г.), согласно которому плотность энергии внутри полости пропорциональна четвертой степени температуры стенок полости. Второй - закон смещения Вина ( 1893 г.), который устанавливал, что, когда температура черного тела увеличивается, длина волны максимума излучения Ят уменьшается, так что произведение А Т сохраняется постоянным. Доказательство закона Стефана основано на трактовке теплового излучения как рабочей жидкости в тепловой машине, имеющей в качестве поршня подвижное зеркало, и использовании электромагнитной теории Максвелла, чтобы показать, что действующее на поверхность давление изотропного излучения пропорционально плотности энергии. Закон Вина вытекает из рассмотрения эффекта Доплера, возникающего при движении зеркала. В обоих законах появляется постоянный коэффициент пропорциональности, относительно которого классическая термодинамика не могла дать информации. [47]
Для ответа на многие вопросы достаточно только представить общую картину рассматриваемых явлений и правильно применить подходящие фундаментальные законы сохранения. Точное динамическое решение здесь сопряжено с большими трудностями. В самом деле, энергия отраженной от зеркала волны зависит от того, как движется зеркало, а закон движения зеркала определяется его взаимодействием со световой волной. Однако совершенно ясно, что, независимо от механизма взаимодействия электромагнитной волны с зеркалом, должны выполняться законы сохранения энерпги и импульса, поскольку рассматриваемая система - зеркало и световая волна - является замкнутой. Использование этих законов дает возможность без труда решить эту задачу даже с учетом релятивистских эффектов, когда становится существенной зависимость массы движущегося тела от его скорости. [48]
Для ответа на многие вопросы достаточно только представить общую картину рассматриваемых явлений и правильно применить подходящие фундаментальные законы сохранения. Точное динамическое решение здесь сопряжено с большими трудностями. В самом деле, энергия отраженной от зеркала волны зависит от того, как движется зеркало, а закон движения зеркала определяется его взаимодействием со световой волной. Однако совершенно ясно, что, независимо от механизма взаимодействия электромагнитной волны с зеркалом, должны выполняться законы сохранения энергии и импульса, поскольку рассматриваемая система - зеркало и световая волна - является замкнутой. Использование этих законов дает возможность без труда решить эту задачу даже с учетом релятивистских эффектов, когда становится существенной зависимость массы движущегося тела от его скорости. [49]