Тепловое излучение. Природа теплового излучения. Характеристики теплового излучения

Тепловое излучение, т.е. излучение нагретых тел представляет собой электромагнитное излучение. Оно обусловлено возбуждением атомов и молекул при соударениях в процессе теплового движения. Возбуждение происходит за счет того, что атомы и молекулы тела, имеющие большую энергию, сталкиваясь с атомами и молекулами с меньшей энергией, передают им часть своей энергии, энергия медленных молекул и атомов увеличивается. Но так как все системы при данных условиях стремятся занять энергетически наиболее выгодное состояние, то возбужденные частицы самопроизвольно переходят в состояние с прежней энергией, испуская электромагнитную волну. Тепловое излучение происходит при всех температурах, кроме абсолютного нуля , при котором движение прекращается.

Каждое тело одновременно испускает и поглощает падающее на него как от окружающих тел, так и от атомов и молекул, находящихся в глубине самого тела. Поэтому тепловое излучение является термодинамически равновесным: в единицу времени испускается столько же энергии, сколько и поглощается.

Характеристики теплового излучения:

1.Поток излучения (мощность излучения) – энергия, испускаемая со всей поверхности тела за 1 секунду

,

.

2. Энергетическая светимость – энергия, испускаемая с 1 м² поверхности тела за 1с

,

.

3. Спектральная плотность энергетической светимости

,

т.е. является функцией распределения энергии по спектру. Она выражает собой энергию, испускаемую с 1 м² поверхности тела за 1с в единичном интервале длин волн вблизи данной волны .

4. Монохроматический коэффициент поглощения . Он харак-теризуется отношением потока излучения, поглощенного данным телом в единичном интервале длин волн, к потоку излучения, падающего на ту же площадь тела

.

.

у зеркал, у тел с белой тканью, у таких тел как черная бумага, черные ткани, бархат.

Тело, у которого , называется абсолютно черным телом. В природе таких тел нет. Свойства абсолютно черного тела лучше всего воспроизводит модель абсолютно черного тела - тело с небольшим отверстием в замкнутой полости, стенки которой выполнены из поглощающего материала. При каждом отражении

света, вошедшего в полость, стенки полости поглощают часть энергии. Поэтому интенсивность луча света, выходящего из отверстия, во много раз меньше интенсивности входящего света

Рис. 9.

Тела, у которых называются серыми телами. Таких тел много: кожа человека, белая бумага, белый шелк, белая хлопчатобумажная ткань – все они по-разному поглощают свет, но у всех у них .

Закон Кирхгофа

Изучая условия термодинамически равновесного излучения, Кирхгоф установил, что, т.к. термодинамическое состояние излучателей не меняется, то каждое тело излучает и поглощает одинаковую энергию. Спектр излучения каждого тела должен совпадать со спектром поглощения электромагнитного излучения, иначе термодинамическое равновесие нарушалось бы. В состоянии термодинамического равновесия у тел, обменивающихся энергией только путем излучения и поглощения, отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения является постоянной величиной, независящей от природы тела, и для всех тел выражается одной и той же функцией от длины волны и температуры :

Этой функцией является спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела .

Спектр излучения абсолютно черного тела

Абсолютно черное тело имеет сплошной спектр излучения, т.е в спектре представлен непрерывный ряд длин волн. С увеличением длины волны спектральная плотность энергетической

светимости увеличивается, достигает отчетливо выраженного максимума при некоторой длине волны , затем уменьшается. При этом возрастание происходит быстрее, чем уменьшение.

Рис. 10