13. Поглощение теплового излучения. Коэффициент поглощения. Понятие абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа.

Поглощающая способность тела — a_ω,T — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом.

Коэффициент поглощения - отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии. Так, если на тело падает излучение потока Фпад, то одна его часть отражается от поверхности тела - Фотр , другая часть проходит в тело и частично превращается в теплоту Фпогл, а третья часть после нескольких внутренних отражений - проходит через тело наружу. α = dФпогл/dФпад.

Коэффициент поглощения α зависит от природы поглощающего тела, длины волны поглощаемого излучения, температуры и состояния поверхности тела.

Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение.

Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела a_ω,T. С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону r_ω,T, именуемым излучательной способностью тела.

Величины a_ω,T и r_ω,T могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

a_ω,T/ r_ω,T= f_ω,T

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него a_ω,T=1 . Поэтому функция f_ω,T совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.

14. Распределение энергии в спектре теплового излучения. Закон Вина.

Изучение распределения энергии в спектре теплового излучения абсолютно черного тела при различных температурах привело к установлению следующих закономерностей:

1)спектр излучения абсолютно черного тела является сплошным, т. е. в спектре представлен непрерывный ряд длин волн;

2)распределение энергии в спектре излучения зависит от длины волны. С увеличением длины волны спектральная плотность энергетической светимости увеличивается, достигает отчетливо выраженного максимума при некоторой длине волны, затем уменьшается;

3)с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. Уменьшение в сторону более коротких волн выражено более резко, чем в сторону более длинных.

Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела λ_max=0,0028999/T

где T — температура в кельвинах, а λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.