Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

Samankaltaiset tiedostot
1 Perussuureiden kertausta ja esimerkkejä

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

Tähtitieteelliset havainnot -sähkömagneettisen säteilyn vastaanottoa ja analysointia. Fotonin energia (E=hc/λ) vaikuttaa detektiotapaan

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

Mustan kappaleen säteily

Mustan kappaleen säteily

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta


PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Tähtitieteessä SI-yksiköissä ilmaistut luvut ovat usein hyvin isoja ja epähavainnollisia. Esimerkiksi

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

Radiokontinuumi. Centaurus A -radiogalaksi. Cassiopeia A -supernovajäänne

4 Fotometriset käsitteet ja magnitudit

4.3 Magnitudijärjestelmät

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Radioastronomian käsitteitä

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

kertausta Boltzmannin jakauma infoa Ideaalikaasu kertausta Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauma

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

6. Yhteenvetoa kurssista

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 6. Tehtävä 1.

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

SPEKTROGRAFIT. Mitataan valon aallonpituusjakauma

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

2. Fotonit, elektronit ja atomit

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

7.10 Planeettojen magnitudit

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Luento 6. Mustan kappaleen säteily

Mikroskooppisten kohteiden

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

infoa tavoitteet E = p2 2m kr2 Klassisesti värähtelyn amplitudi määrää kokonaisenergian Klassisesti E = 1 2 mω2 A 2 E = 1 2 ka2 = 1 2 mω2 A 2

Chapter 3. The Molecular Dance. Luento Terminen liike Kineettinen kaasuteoria Boltzmann-jakauma Satunnaiskävely

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE

E p1 = 1 e 2. e 2. E p2 = 1. Vuorovaikutusenergian kolme ensimmäistä termiä on siis

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

7.6 Planeettojen sisärakenne

kertausta edellisestä seuraa, että todennäköisimmin systeemi löydetään sellaisesta mikrotilasta, jollaisia on

Matematiikan tukikurssi

a) Jos törmäysten määrä sekunnissa on f = s 1 ja jokainen törmäys deaktivoi virityksen, niin viritystilan keskimääräinen elinikä on

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

Maxwell-Boltzmannin jakauma

Radioastronomian harjoitustyö

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

Planck satelliitti. Mika Juvela, Helsingin yliopiston Observatorio

Fysiikan valintakoe klo 9-12

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Säteilyturvakeskuksen määräys ionisoimattoman säteilyn käytöstä kosmeettisessa tai siihen verrattavassa toimenpiteessä

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 8 /

LIITE 2. ALTISTUMISRAJA-ARVOT OPTISELLE SÄTEILYLLE

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

Radiospektroskopia Linnunrata (valokuva) Linnunrata (valokuva+co)

Kuva 1: Etäisestä myrskystä tulee 100 metrisiä sekä 20 metrisiä aaltoja kohti rantaa.

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

Shrödingerin yhtälön johto

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

8. Klassinen ideaalikaasu

13 LASERIN PERUSTEET. Laser on todennäköisesti tärkein optinen laite, joka on kehitetty viimeisten 50 vuoden aikana.

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

Hydrologia. Säteilyn jako aallonpituuden avulla

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

Luento 10: Työ, energia ja teho

Luvun 8 laskuesimerkit

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Valon sironta - ilmiöt ja mallinnus. Jouni Mäkitalo Fysiikan seminaari 2014

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

Osa 5. lukujonot ja sarjat.

Entrooppiset voimat. Entrooppiset voimat Vapaan energian muunnoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

Kemiallinen mallinnus I: mallintamisen perusteita. Astrokemia -kurssin luento

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

Radiointerferometria II

Valomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.

7.4 Fotometria CCD kameralla

766328A Termofysiikka Harjoitus no. 10, ratkaisut (syyslukukausi 2014)

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

LASKENNALLISEN TIETEEN OHJELMATYÖ: Diffuusion Monte Carlo -simulointi yksiulotteisessa systeemissä

Laskun vaiheet ja matemaattiset mallit

Transkriptio:

1.2 T=12000 K 10 2 T=12000 K 1.0 Wien R-J 10 0 Wien R-J B λ (10 15 W/m 3 /sterad) 0.8 0.6 0.4 B λ (10 15 W/m 3 /sterad) 10-2 10-4 10-6 10-8 0.2 10-10 0.0 0 200 400 600 800 1000 nm 10-12 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 nm /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio heikki@pc091079 Wed Mar 13 15:33:36 2013 Tähtitieteen perusteet, Luento 6, 1.03.2013 110

5.8. Lämpötilat Erilaisia fysikaalisia prosesseja monta tapaa määritellä lämpötila Tähtien lämpötila: Verrataan säteilyn aallonpituusjakaumaa mustan kappaleen säteilyyn Eliminoidaan ensin absorptioviivojen vaikutus sovitetaan Planck n funktioon B λ (T) Sovitus voidaan tehdä usealla tavalla: Efektiivinen lämpötila T e = mustan kappaleen lämpötila, jolla sama kokonaisvuontieheys kuin tähdellä voidaan käyttää vaikka todellinen jakauma poikkeaisi huomattavastikin Planck n laista 4 SB-laki: kokonaisvuontiheys F = σt e kokonaisvuo L = 4πR 2 F (4πR 2 tähden pinta-ala) etäisyydellä r havaittu kokonaisvuontiheys F(r) = (R/r) 2 4 σt e = (α/2) 2 4 σte (5.26) Jos tähden kulmaläpimitta α = 2R/r tunnetaan (interferometrisesti) Efektiivinen lämpötila saadaan kokonaisvuontiheydestä (kts TP Esim. 5.5) Tähtitieteen perusteet, Luento 7, 15.03.2013 111

Kirkkauslämpötila T b (Kokonaisvuontiheys vaikea määrittäää, helpompi käyttää rajattua aallonpituusväliä) Oletetaan että säteily isotrooppista ja noudattaa Planck n funktiota aallonpituudella λ Kirkkauslämpötila: asetetaan tähden pinnalla vuontiheys F λ = πb λ (T b ), etäisyydellä r havaittu vuontiheys F λ (r) = (R/r) 2 πb λ (T b ) = (α/2) 2 πb λ (T b ) Koska tähden säteily ei seuraa tarkasti Planck n lakia saatu T b riippuu käytetystä aallonopituudesta Radioastronomia: kohteen intensiteetti ilmoitetaan yleensä kirkkauslämpötilan muodossa: Intensiteetti taajuudella I ν = B ν (T b ) Rayleigh- Jeans approksimaatio (hν/(kt) << 1) hyvin voimassa B ν 2kν 2 /c 2 T b Kirkkauslämpötila T b = c2 2kν 2I ν = λ2 2k I ν Käytännössä radioteleskoopin mittaama suure = Antennilämpötila T A = havaitun signaalin teho T A = η Ω S Ω A T b η on antennin keilahyötysuhde (0.4-0.8) Ω S = kohteen avaruuskulma Ω A = antennin havaitseman keilan avaruuskulma Jos Ω S > Ω A T A = ηt b Tähtitieteen perusteet, Luento 7, 15.03.2013 112

Värilämpötila T c Tähden kulmaläpimittaa ei yleensä tunneta T b hankala määrittää Elimoidaan säteilyvuon absoluuttinen arvo käyttämällä kahdella aallonpituudella havaittujen vuontiheyksien suhdetta: F λ1 (T) F λ2 (T) = B λ 1 (T) B λ2 (T) = λ 2 5 e hc/λ 2 kt 1 λ 1 5 e hc/λ 1 kt 1 ratkaistaan T = värilämpötila T c (havaittujen vuontiheyksien suhde on sama kuin vuontiheyksien suhde tähden pinnalla) Muutetaan havaitut vuontiheydet magnitudeiksi: m λ1 m λ2 = 2.5 log 10 F λ1 F λ2 + vakio Eli Mikäli lämpötila < 10000K λ2 5 m λ1 m λ2 = 2.5 log 10 λ + 2.5 hc 1 kt optisella alueella Wienin approksimaatio B λ (T) = 2hc2 λ 5 e hc/λkt 1 λ1 1 λ 2 log 10 e + vakio m λ1 m λ2 = a + b Tc a,b vakioita Tarkkaan ottaen pitäisi käyttää monokromaattia magnitudeja (eli tietyllä aallonpituudella) Usein sovelletaan myös laajakaista (esim. Johnson B,V) magnitudeihin väri-indeksi B-V antaa värilämpötilan Tähtitieteen perusteet, Luento 7, 15.03.2013 113

Tähtitieteen perusteet-kirjan esimerkki: Värilämpötilan laskeminen Valittu λ 1 = 550nm, λ 2 = 440nm B 1 = 26206K, B 2 = 32757K (painovirhe: arvot toisinpäin) 4 yhtalon oikea puoli 3 2 1 A 0 5000 6000 7000 8000 9000 10000 T /home/heikki/cele2008_2010/pics2013/esim_5_6 heikki@pc091079 Fri Mar 15 09:32:48 2013 Tähtitieteen perusteet, Luento 7, 15.03.2013 114

Muita lämpötilan määritelmiä Kineettinen lämpötila T k Liittyy kaasumolekyylien keskimääräiseen nopeuteen Ideaalikaasun molekyylien keskimääräinen liike-energia: 1 2 m < v 2 >= 3 2 kt k T k = m<v2 > 3k ja edelleen paine P = nkt k m molekyylin massa, < v 2 > nopeuden neliön keskiarvo, k Boltzmannin vakio, n molekyylien lukumäärä /tilavuusyksikkö Eksitaatio-lämpötila T ex Edellä: termisessä tasapainotilassa atomien viritystilojen jakauma Boltzman-jakautunut n i /n 0 = g i /g 0 e (E i E 0 )/kt Vaikkei todellinen jakauma olisikaan B-jakauman mukainen, eo. kaavaa voidaan käyttää kuvaamaan tilojen jakauma, asettamalla T = T ex (Huom: T ex riippuu mitä tiloja tarkastellaan) Mikäli viritystilojen jakauma määräytyy atomien törmäyksistä T ex = T k Ionisaatio-lämpötila T i Verrataan eri ionisaatio-tiloissa olevien atomien lukumääriä Huom: riippuu mitä spektriviivoja käytetään (kuten Tex) Termisessä tasapainossa kaikki eo. lämpötilat yhtä suuria T e = T b = T c = T k = T ex = T i Tähtitieteen perusteet, Luento 7, 15.03.2013 115

5.9 Muita säteilymekanismeja Terminen tasapaino: kaasun säteily riippuu vain lämpötilasta ja tiheydestä Systeemi ei kuitenkaan aina ole termisessä tasapainotilassa ei-terminen säteily Maser ja laser-säteily -B-jakauma: viritystilassa vähemmän atomeja kuin perustilassa -Tilanne jossa viritystilassa korkeampi miehitysaste ( pumppaus ): kohdistetaan säteily jonka energia vastaa viritysenergiaa atomit säteilevät tällä taajuudella enemmän kuin absorboivat tulevaa säteilyä = indusoitunut emissio koherenttia säteilyä Laser = indusoitu emissio näkyvän valon aallonpituudella Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Maser = indusoitu emissio mikroaaltosäteilyä ( Microwave...) tähtienväliset molekyylipilvet ja tähtiä ympäröivät pölyvaipat Synktronisäteily Kiihtyvässä liikkeessä oleva vapaa ei-atomiin sidottu varaus Magneettikenttä: varaukset liikkuvat pitkin helix-ratoja, säteilevät radan tangentin suuntaan säteilee Tähtitieteen perusteet, Luento 7, 15.03.2013 116