Лекція 24. Теплове випромінювання
24.1 Теплове випромінювання. Властивості теплового випромінювання
Теплове випромінювання та його особливості
Як добре відомо, нагріті тіла світяться, тобто випромінюють електромагнітні хвилі. Досліди показують, що тіла випромінюють електромагнітні хвилі при будь-якій відмінній від абсолютного нуля температурі. Таке випромінювання називають тепловим. Теплове випромінювання не завжди являє собою видиме світло: наприклад, при кімнатній температурі тіло випромінює інфрачервоні хвилі.
В
изначення.
Випромінювання тіл, обумовлене
нагріванням, називають тепловим.
Теплове випромінювання є найбільш
поширеним у природі й
відбувається за рахунок енергії теплового
руху атомів і молекул речовини (тобто
за рахунок його внутрішньої енергії),
яке властиво всім тілам,
що мають температуру вищу 0 К.
При випромінюванні внутрішня енергія тіла зменшується. При поглинанні електромагнітних хвиль внутрішня енергія тіла збільшується.
Властивості теплового випромінювання:
1. Теплове випромінювання характеризується суцільним спектром, положення максимуму якого залежить від температури (Рисунок 24.1). При високих температурах випромінюються короткі (видимі й ультрафіолетові) електромагнітні хвилі, при низьких - переважно довгі (інфрачервоні).
2. Теплове випромінювання - практично єдиний вид випромінювання, яке є рівноважним. Тобто, якщо нагріте тіло помістити в порожнину, обмежену ідеально відбиваючою оболонкою, то з часом настане рівновага й тіло буде поглинати стільки ж енергії, скільки й випромінювати.
24.2 Основні характеристики теплового випромінювання. Енергетична світність тіла. Спектральна густина енергетичної світності. Коефіцієнт поглинання
Енергетична світність тіла RT
1. Енергетична світність тіла – це кількісна характеристика теплового випромінювання.
2. Визначення. Енергетична світність тіла - це фізична величина, що є функцією температури й чисельно рівна енергії, що випускається тілом в одиницю часу з одиниці площі поверхні по всіх напрямках і по всьому спектру частот.
3. Це скалярна величина.
4.
5. [RT] = Вт/м²
Спектральна густина енергетичної світності
1. Спектральна густина енергетичної світності (яскравості) - це функція, що показує розподіл енергетичної світності (яскравості) по спектру випромінювання.
2
.
Визначення. Спектральна густина
енергетичної світності - це енергетична
світність тіла для даних довжин хвиль
(λ + dλ) при даній температурі
(T + dT).
3. Це скалярна величина.
4.
5. [R] = Вт/м²
Коефіцієнт поглинання α
1. Коефіцієнт поглинання характеризує властивості речовини й залежить від довжини хвилі світла (λ) температури й стану поверхні тіла.
2. Визначення. Коефіцієнт поглинання – це відношення поглиненої тілом енергії до падаючої енергії.
3. Це скалярна величина.
4.
,
Фпад – потік падаючого
випромінювання, Фпр потік
випромінювання, що проходить крізь
речовину (Рисунок 24.2)
5. [α] = 1
*
Серед
тіл є такі тіла, які можуть поглинати
все теплове випромінювання будь-яких
довжин хвиль, яке падає на них.
Визначення. Тіло, яке не відбиває, а повністю поглинає випромінювання, називають абсолютно чорним тілом. Для таких тіл α = 1.
Моделлю такого тіла є невеликий отвір у непрозорій сфері (Рисунок 24.3).
Є також сірі тіла, для яких α <1, але однаковий для всіх довжин хвиль інфрачервоного діапазону.
Експериментально було встановлено криву випромінювання абсолютно чорного тіла при його нагріванні. Крива випромінювання - це графік залежності інтенсивності світла (I) від довжини світлової хвилі (l) (Рисунок 24.1). Ця крива описується емпірично відкритими законами Стефана - Больцмана і Віна.