3.5.Закон Стефана — Больцмана

Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана-Больцмана:

(7)

где:

j — мощность на единицу площади излучающей поверхности, Вт/(м²·К⁴)—постоянная Стефана-Больцмана.

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.

Можно записать закон Стефана-Больцмана другой формулой, которой мы и будем пользоваться впоследствии:

, (8)

где:

Q_T - полный поток излучения тепла;

Т - абсолютная температура тела;

б_T - постоянная излучения абсолютно черного тела, полностью поглощающего любую радиацию, падающую на его поверхность;

b_T - коэффициент относительной излучательной способности, характеризующий отклонение излучательной способности данной поверхности от свойств абсолютно черного тела, для которого б_T = 1.

6. . Закон смещения Вина

Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

(9)

где:

T— температура в кельвинах,

λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

4. Снег, как абсолютно чёрное тело.

Солнечная радиация имеет широкий диапазон длин воли - от коротковолновых фиолетовых лучен до длинноволновых красных, включая ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра.

Излучает не только Солнце, но и сама Земля и ее атмосфера, подчиняясь общему закону Стефана - Больцмана для излучения любых тел, которая упоминалась ранее.

Излучение атмосферы в поверхности Земли преимущественно "красное", длинноволновое. Снег поглощает и отражает все перечисленные виды радиации.

Однако снег не может только поглощать и отражать внешние потоки радиационной энергии, не излучая сам. Он в любых условиях, даже при жесточайших морозах, излучает длинноволновую инфракрасную радиацию, невидимую глазом.[5]

Можно предполагать, что кипельно-белый снег очень далек по радиационным свойствам от черного тела и его б_T << 1. Многочисленные эксперименты в лабораторных и природных условиях дали парадоксальные результаты. Для только что выпавшего снега б_T= 0,985 - 0,995; для старого, б_T= 0,97 - 0,98. Снег излучает почти точно так же, как абсолютно черное тело. Более того, снег в этом смысле наиболее "черен" по сравнению со всеми другими природными образованиями на поверхности Земли.[5]

Объясняется это свойство тем, что поверхность снежного покрова имеет огромное количество пор сложной формы с очень маленькими "выходами" па поверхность. Поры снежного покрова играют, роль «черных» поглотителей.

Коэффициент излучательной способности "стареющего" снежного покрова падает, так как уменьшается количество поровых отверстий, выходящих на поверхность. Сами отверстия становятся крупнее за счет укрупнения зерен снега и его фирнизации. "Окна" расширяются и "сереют".