Характеристики теплового излучения

Поток излучения Ф – средняя мощность излучения за время, значительно большее периода световых колебаний. [Вт]

Энергетическая светимость Re - поток излучения, испускаемый 1 м² поверхности [Вт/м²]

Спектральная плотность энергетической светимости тела r – отношение энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка

Спектр излучения тела – зависимость спектральной плотности от длины волны

Коэффициент поглощения характеризует способность тела поглощать энергию излучения; равен отношению потока излучения, поглощённого данным телом, к потоку излучения, упавшего на него: а=Фпогл/Фпад

Абсолютно чёрное тело - тело, коэффициент поглощения которого=1 для всех длин волн (частот). Оно поглощает всё падающее на него излучение при любой температуре.

Излучение чёрного тела имеет сплошной спектр. Графики спектров излучения для разных температур приведены на данном рисунке. Из графика видно, что энергетическая светимость увеличивается по мере нагревания чёрного тела.

С ерое тело – тело, коэффициент поглощения которого меньше 1 и не зависит от длины волны света, падающего на него.

Закон Кирхгофа: при одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения одинаково для любых тел, в том числе и для чёрных.

Отношение спектральной плотности энергетической светимости любого тела к его соответствующему монохроматическому коэффициенту поглощения равно спектральной плотности энергетической светимости чёрного тела при той же температуре.

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его термодинамической температуры.

Закон смещения Вина:

Выполняется как для чёрных, так и для серых тел.

46. Излучение Солнца. Спектр излучения, солнечная постоянная. Актинометр.

Наиболее мощным источником теплового излучения, обусловливающим жизнь на Земле, является Солнце.

Поток солнечной радиации, приходящийся на 1 м² площади границы земной атмосферы, составляет 1350 Вт. Эту величину называют солнечной постоянной.

Ослабление радиации атмосферой сопровождается изменением ее спектрального состава. На рис. показан спектр солнечного излучения на границе земной атмосферы(кривая 1) и на поверхности Земли (кривая 2) при наивысшем стоянии Солнца. Кривая 1 близка к спектру чёрного тела, её максимум соответствует длине волны 470 нм, что, по закону Вина позволяет определить температуру поверхности Солнца (около 6100 К). Кривая 2 имеет несколько линий поглощения, её максимум расположен около 555 нм.

Интенсивность прямой солнечной радиации измеряют специальным прибором актинометром. Принцип действия этого прибора основан на использовании нагревания зачернённых поверхностей тел, происходящего от солнечной радиации.

47. Оптические атомные спектры. Молекулярные спектры. Электронные энергетические уровни атомов и молекул

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ - спектры оптические, получающиеся при испускании или поглощении эл.-магн. излучения свободными или слабо связанными атомами (напр., в газах или парах). Являются линейчатыми, т. е. состоят из отд. спектральных линий. Спектр. линии можно характеризовать также длиной волны l=c/v, волн. числом 1/l=v/c (в спектроскопии его часто обозначают v) и энергией фотона hv. А. с. обладают ярко выраженной индивидуальностью, их вид определяется строением атома данного элемента и внеш. факторами - темп-рой, давлением, электрич. и магн. полями и т. д.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ - оптические спектры испускания, поглощения и рассеяния света, принадлежащие свободным или слабо связанным молекулам. Состоят из спектральных полос и линий, структура и расположение которых типичны для испускающих их молекул. Возникают при квантовых переходах между электронными, колебательными и вращательными уровнями энергии молекул. Соответственно различают электронные, колебательные и вращательные молекулярные спектры. Усложняются с увеличением числа атомов в молекуле. По молекулярным спектрам изучают структуру, состояния, свойства молекул, а также осуществляют молекулярный спектральный анализ вещества. 

Частота, излучаемая или поглощаемая молекулой:

۷ = 1/h (∆Eэл + ∆Eкол + ∆Eвр)

Причём ∆Eэл >> ∆Eкол >> ∆Eвр

Если ∆Eэл =0 и ∆Eкол =0, а ∆Eвр ≠0, то получают состоящие из отдельных линий чисто вращательные молекулярные спектры, которым отвечают невысокие частоты. (такие спектры наблюдаются в далёкой инфракрасной и микроволновой областях)

Если ∆Eэл =0, а ∆Eкол ≠0, то обычно одновременно и ∆Eвр ≠0, при этом возникает колебательно-вращательный спектр. Он состоит из колебательных полос, распадающихся при достаточном разрешении спектрального прибора на отдельные вращательные линии. (Эти спектры наблюдают в близкой инфракрасной области).

Колебательно-вращательный спектр метана.

При ∆Eэл ≠0 обычно одновременно ∆Eкол ≠0 и ∆Eвр ≠0. Образуются электронно-колебательно-вращательные спектры. Они состоят из различных полос, а полосы — из линий, соответствующих вращательным переходам. (наблюдаются в видимой и ультрафиолетовой областях).