Проблемная лекция 1 из модуля 1 «общие положения радиационного режима в атмосфере. Основные понятия и законы излучения» основные законы лучистой энергии

Основная часть лучистой энергии, излучаемой Солнцем, представляет собой ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи, то есть имеет длины волн от 0,1 до 30 мкм. Эта часть электромагнитного излучения Солнца называется солнечной радиацией.

Лучеиспускательной способностью тела Е_λ называется количество энергии определенной длины волны λ, которая излучается в единицу времени единицей поверхности тела. Она зависит от природы тела, его абсолютной температуры и длины волны.

Лучистая энергия, которая попадает на какое-нибудь тело, частично поглощается им и частично отражается. Тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию, называется абсолютно черным. В природе таких тел не существует.

Тело, которое отражает всю падающую на него энергию, называется зеркальным. Таких тел в природе тоже не существует.

Число, которое показывает, какая часть падающей на тело лучистой энергии с длиной волны λ поглощается им, называется его поглощающей способностью.

Закон Кирхгофа. Отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощающего способносит есть величина постоянная для всех тел и равная лучеиспускательной способности ε_λ абсолютно черного тела при той же температуре.

.

Излучательная способность тела пропорциональная его поглощающей способности.

Из закона Кирхгофа следует, если при заданной температуре тело излучает лучистую энергию какой-то длины волны λ, то при той же температуре оно и поглощает лучистую энергию той же длины волны.

Закон Стефана-Больцмана. Полная лучеиспускательная способность черного тела ε пропорциональная четвертой степени ее абсолютной температуры.

ε = σ ·T,

где σ – постоянная Стефана-Больцмана;

Т – температура поверхности, которая излучает, К.

Полная излучательная способность естественных поверхностей несколько меньше излучаемой способности абсолютно черного тела. Поэтому для естественных поверхностей закон Стефана-Больцмана имеет такой вид:

Е = δ·σ·Т⁴,

где δ – относительный коэффициент излучения.

Закон Вина. Произведение длины волны λ_т, что отвечает максимальной лучеиспускательной способности тела, на его абсолютную температуру Т, есть величина постоянная.

λ_т · Т = 2898 мкм·град . (1)

Формула (1) позволяет найти температуру тела, если известная длина волны, которая отвечает максимальной лучеиспускательной способности тела. И наоборот, можно определить, какова длина волны, на которую при излучении тела при заданной температуре приходится наибольшая энергия. Из закона Вина вытекает, что чем выше температура абсолютно черного тела, тем короче длина волны, на которую приходится максимум энергии в его излучении. Таким образом, при изменении температуры тела положение максимума энергии в его спектре сдвигается в сторону более длинных или более коротких волн. Поэтому закон Вина носит название также “закона сдвига”.

Солнечной постоянной S₀ называют плотность потока солнечной радиации на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца.

По международному соглашению приняты значения S₀ = 1,382 Вт/м².