§22. Тепловое излучение

Тела, нагретые до высоких температур, светятся. Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества и свойственна всем телам, нагретым t>0до К, т.к. характеризуется сплошным спектром. Привысоких температурах(t) излучаются короткие волны (видимые и ультрафиолетовые, электромагнитные волны), при низких – длинные (инфракрасные). Тепловое излучение единственный вид излучений, который может быть равновесным (обратимым).

§23. Характеристики теплового излучения

1.  – полный поток излучения – энергия всех электромагнитных волн, протекающих за единицу времени через рассматриваемую площадь S:

,  = _отр+ _погл + _прох : 

Пусть на тело падает поток w. Часть потока отразиться, часть поглотиться, часть пройдет через тело.

–коэффициент отражения или отражательная способность тела;

–коэффициент поглощения;

–коэффициент пропускания; если тело непрозрачное, то =0 .

Опыт показывает, что все коэффициенты зависят от длины волны , падающей излучения и T(t). Для монохроматического излучения эти коэффициенты называются спектральными. Тело, которое поглощает все падающие на него излучения любой длины волны, при любой температуре называется абсолютно черным телом (АЧТ).

АЧТ: α=1 ρ=0 п: кожа, черный бархат

Тело, которое не поглощает, а полностью отражает все излучения, называется абсолютно белым телом (АБТ).

АБТ: α=0 ρ=1

Тело, поглощающее способность α<1, но одинакова для всех длин волн, называется серым телом (α – const, α<1).

2. Энергетическая светимость тела – энергия, излучающаяся с единицы поверхности нагретого тела в единицу времени по всем длинам волн при данной температуре.

[]

3. Спектральная плотность энергетической светимости – энергия, излученная с единицы поверхности в единицу времени в единичном интервалом длин волн вблизи определенной длины волны при данной температуре.

§24. Закон теплового излучения. Закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа: отношение энергетической светимости тела к коэффициенту поглощения для любых тел, есть величина постоянная, не зависящая от природы тел и равная энергетической светимости АЧТ при данной температуре.

Для спектральных величин отношение спектральной плотности энергетической светимости и коэффициента поглощения для любых тел при одинаковой температуре для одной и той же  одинаково и не зависит от природы тел, это отношение равно спектральной плотности энергетической светимости АЧБ.

(1)

Из выражения (1) следует, что излучение, которое тело сильнее поглощает, сильнее и испускается. Для АЧТ =1, для других тел <1, T=const. Излучение, которое не подчиняется закону Кирхгофа, не является тепловым.

§25. Законы излучения ачт

АЧТ наиболее сильный излучатель.

1. Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость ачт t4,

где [] постоянная Стефана-Больцмана. Энергия, излучаемая всей поверхностью тела за определенное время:W=T⁴St.

2. Закон смещения Вина: длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, обратно пропорциональна его периоду., гдеb – постоянная Вина,b=2,910^-3[мК].

3. Второй закон Вина: максимум спектральной плотности R_э АЧТ тела увеличивается пропорционально пятой степени его t.

, где  – максимальное значение спектральной плотностипри даннойt, а c= 1,310^-5 Дж.

Однако все эти законы не решают задачу о распределении энергии в спектре АЧТ по длинам волн.