Вопрос 12. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.

Все тела излучают электромагнитные волны. Интенсивность излучения в оптическом диапазоне становится существенным только при высоких температурах T>1500k. Поэтому такое излучение называется тепловым излучением. Излучение электромагнитных волн происходит при переходе атомов молекул из более высоких уровней в более низкие.

Излучение происходит за счет уменьшения внутренней энергии тела и приводит к его охлаждению. Наряду с процессом излучения имеет место и обратный процесс-поглощение излучения др. тел. Если внешние условия не изменяются, то любое тело через некоторое время приходит в такое состояние. Когда излучаемая энергия равняется поглощаемой энергии. Такое состояние называется состоянием лучистого равновесия.

В теории теплового излучения большое значение имеет понятие абсолютно черного тела(АЧТ)-это тело, которое поглощает все падающие на него лучи.

-модель АЧТ

Моделью является закрытая плоскость с отверстием. Мала вероятность того, что луч, попавший в отверстие после многократных отражений и поглощений, выйдет обратно.

Поглощательная способность АЧТ равна a=1для всех диапазонов волн. Наиболее близким к АЧТ является сажа, для которой, а=0,970,99

Р ассмотрим теплоизолированную систему из двух тел. Реальное тело находится внутри АЧТ и они разделены тонким слоем вакуума. Если даже температуры этих тел различны за счет теплообмена излучением через некоторое время температура их станут одинаковыми. В этом случае каждое тело излучает столько же, сколько и поглощает. Пусть q, q_b-поверхностная плотность реального тела и АЧТ соответственно. Эти величины, когда идет речь об излучении тела, называют еще излучательной способностью.

Реальное тело поглощает часть излучения АЧТ, а часть отражает:

aq_b, (1-a)q_b

Черное тело поглощает всю энергию реального тела и часть отраженного излучения собственного излучения:

Излучение Поглощение

АЧТ q_b = q+(1-a)q_b

Реальное тело q = a q_b

a-интегральная поглощающая способность

Как из первого, так и из второго уравнения можно получить соотношение:

Это отношение можно распространить на все тела

-Закон Кирхгофа

Отношение излучающей способности к поглощательной способности при одной и той же температуре для всех тел одинакова и равняется излучающей способности АЧТ.

Закон Кирхгофа справедлив для спектральных величин

Следствие из закона Кирхгофа:

1) q=aq_b; q_ =a_q^b_

Излучающая способность реального тела равняется произведению его поглощательной способности на излучательную способность АЧТ.

2)т.к. a_ <1 q_ <q_^b

При одной и той же температуре реальное тело излучает меньше, чем АЧТ.

3)если a_=0, то q_ =0

Если в каком то спектральном диапазоне тело не поглощает, то в этом же диапазоне и не излучает.