21.Тепловое излучение. Спектральные характеристики теплового излучения.
Тепловое излучение – излучение тел, имеющих достаточно высокую температуру (выше 0 К). Тепловое излучение – самое распространенное в природе, которое совершается благодаря энергии теплового движения атомов и молекул вещества.
Тепловое излучение является равновесным: тело в единицу времени поглощает столько же энергии, сколько и излучает, и его температура приобретет постоянное значение.
Испускательная способность тела – мощность излучения с единицы площади его поверхности в интервале частот единичной длины:
Энергетическая
светимость тела
– мощность излучения с единицы площади
поверхности тела на всех частотах (или
длинах волн). Ее получают интегрированием
испускательной способности:
Мощность
излучения RT
зависит от температуры тела Т и измеряется
в ваттах на метр в квадрате (Вт/м2).
Поглощательная способность – способность тела поглощать падающее на него излучение. Она означает, какая доля энергии электромагнитных волн, падающих на его поверхность в интервале частот от υ до υ + Δυ, поглощается этим телом: – величина безразмерная, меньше или равная единице. Величины rυ,T и aυ,T зависят от природы тела, его температуры T и частоты излучения υ.
Абсолютно черное тело – тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение любой частоты независимо от его температуры. Следовательно, поглощательная способность черного тела тождественно равна единице: aυ,T = 1.
Абсолютно черных тел в природе не существует. Идеальной моделью абсолютно черного тела является небольшое отверстие в замкнутой полости, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч света, проникая через отверстие внутрь такой полости, многократно отражается от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего из отверстия излучения оказывается практически равной нулю.
Серое тело – тело, поглощательная способность которого меньше единицы, одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела. Для серого тела aυ,T = aT = const < 1.
22. Законы теплового излучения.
Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и является для всех тел универсальной функцией частоты и температуры.
Закон смещения Вина. Длина волны λmax, соответствующая максимальному значению испускательной способности rυ,T абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре
Закон смещения Вина показывает смещение положения максимума функции fυ,T по мере возрастания температуры в область коротких длин волн.
Закон Стефана–Больцмана. RT = σT4, т. е. энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры Т, где σ – постоянная Стефана–Больцмана, равная 5,67 * 10-8 Вт / (м2 * К4).
23. Распределение Планка. Гипотеза Планка о квантовании энергии.
Планк выдвинул гипотезу, в соответствии с которой атомы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания:
Гипотеза Планка отличается от принятого положения классической физики, согласно которому энергия любой системы может меняться непрерывно, т.е. может принимать любые сколь угодно близкие значения.
Основываясь на гипотезе Планк получил выражение универсальной функции Кирхгофа
Эта формула полностью описывает распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела во всем интервале частот и температур, полученное экспериментально. Учитывая связь между испускательной способностью, зависящей соответственно от переменных ν и λ, получаем
