Федеральное агентство по образованию

Уральский государственный технический университет - УПИ

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Кафедра физики

Изучение законов теплового излучения

Методические указания к лабораторной работе № 410 по курсу «Физика»

для студентов, обучающихся по специальности

010701 «Физика»

Екатеринбург

2009

УДК 621.791.76(075.8)

Составители: Т.И. Папушина, А.В. Михельсон

Научный редактор: проф., д.ф. – м.н.А.А.Повзнер

Изучение законов теплового излучения.Методические указания к лабораторной работе № 410 по курсу «Физика» для студентов, обучающихся по специальности 010701 «Физика» /Т.И. Папушина, А.В. Михельсон. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009, 16 с.

Методические указания к лабораторной работе № 410 по курсу «Физика» представляют собой описание экспериментальной установки и ход выполнения работы.

В пп. 1, 2, 3 кратко изложена теория теплового излучения.

Библиогр.: назв. Рис.6. Табл.4. Прил.1.

Подготовлено кафедрой физики.

© ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет – УПИ», 2009

1.Тепловое излучение

Электромагнитные волны, испускаемые атомами, которые возбуждаются за счет энергии теплового движения, представляют собой тепловое излучение. Тепловое излучение – единственное излучение, способное находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Такое равновесное излучение устанавливается в теплоизолированной системе, все тела которой находятся при одной и той же температуре.

Спектральной характеристикой теплового излучения тела служит спектральная плотность энергетической светимости, равная

= dW_изл/ d,

где dW_изл-энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от  до + d.

Спектральной характеристикой поглощения электромагнитных волн телом служит монохроматический коэффициент поглощения, равный

a_= dW_погл / dW.

Он характеризует поглощательную способность тела и показывает, какая доля энергии dW падающего на поверхность тела электромагнитного излучения с частотами от  до + d поглощается телом.

Опыты показывают, что спектральная плотность энергетической светимости и коэффициент поглощения зависят от частоты  соответственно излучаемых и поглощаемых волн, температуры тела, его химического состава и состояния поверхности.

Тело называется абсолютно черным, если оно при любой температуре полностью поглощает всю энергию падающих на него электромагнитных волн независимо от их частоты, поляризации и направления распространения.

Испускательная и поглощательная способности непрозрачного тела взаимосвязаны. Эта связь выражается законом Кирхгофа. Отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от материала тела и равно спектральной плотности энергетической светимости черного тела, являющейся функцией только температуры и частоты. В дифференциальной форме этот закон имеет вид:

r_ /а_ = r ,

где r_⁰( ,Т) – функция Кирхгофа. От дифференциальных характеристик теплового излучения можно перейти к интегральным характеристикам. Мощность теплового излучения с единицы площади поверхности тела во всем интервале частот от 0 до , называемая энергетической светимостью R_э, связана с r_ соотношением

R_э = .

Для абсолютно черного тела:

R_э⁰ =

Энергетическая светимость черного тела R_э⁰ зависит только от температуры Т.