83. Теплове випромінювання. Закони теплового випромінювання.

Нагріті тіла випромінюють електромагнітні хвилі. Це випромінювання здійснюється за рахунок перетворення енергії теплового руху частинок тіла в енергію випромінювання.

Електромагнітне випромінювання тіла, що знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, називають тепловим (температурним) випромінюванням. Іноді під тепловим випромінюванням розуміють не тільки рівноважний, але також і нерівноважний випромінювання тіл, обумовлене їх нагріванням.

Таке рівноважний випромінювання здійснюється, наприклад, якщо випромінює тіло знаходиться всередині замкнутої порожнини з непрозорими стінками, температура яких дорівнює температурі тіла.

У теплоізольованої системі тіл, що знаходяться при одній і тій же температурі, теплообмін між тілами шляхом випускання і поглинання теплового випромінювання не може призвести до порушення термодинамічної рівноваги системи, тому що це суперечило б, другому початку термодинаміки.

Тому для теплового випромінювання тіл має виконуватися правило Прево: якщо два тіла при одній і тій же температурі поглинають різні кількості енергії, то і їх теплове випромінювання при цій температурі має бути різним.

Випромінювальної (випромінювальної) здатністю або спектральною щільністю енергетичної світності тіла називають величину en, т, чисельно рівну поверхневої щільності потужності теплового випромінювання тіла і інтервалі частот одиничної ширини: де dW - енергії теплового випромінювання з одиниці площі поверхні тіла за одиницю часу в інтервалі частот від v до v + dr.

Закон Кірхгофа - основний закон теплового випромінювання. За К. з. в. відношення випромінювальної здатності ε (ν , т) тіл до їхньої поглинальної здатності α (ν, Т) не залежить від природи випромінюючого тіла і є універсальною функцією частоти ν і три Т: ε (ν, т)/ α (ν, Т) = ε0(ν, Т). Функція ε0 (ν, т) дорівнює випромінювальній здатності абсолютно чорного тіла. К. з. в. дає можливість визначити випромінювальну здатність будь-якого тіла, оскільки його поглинальну здатність можна легко знайти експериментально. Закон відкрив 1859 Г. Р. кірхгоф. Явний вигляд функції ε0 (ν, Т) встановив М. планк (див. планка закон випромінювання).

Закон Стефана-Больцмана дає залежність енергії випромінювання з одиниці площі поверхні в одиницю часу від ефективної температури тіла, що випромінює. Загальна енергія теплового випромінювання визначається як: де F — потужність на одиницю площі поверхні випромінювання, а Вт/(м2·К4) — стала Стефана—Больцмана.

Довжина хвилі, при якій енергія випромінювання максимальна, визначається законом зсуву Віна: де T — температура в кельвінах, а λ_max — довжина хвилі з максимальною інтенсивністю у метрах.

Інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від температури й частоти визначається законом Планка: де I(ν)dν — потужність випромінювання на одиницю площі поверхні випромінювання на одиницю тілесного кута у діапазоні частот від ν до ν + dν