40.Тепловое Законы теплового излучения. Формула Планка.

Тепловое (температурное) излучение обусловлено возбуждением атомов и молекул при их соударениях в процессе теплового движения. Оно является универсальным явлением и происходит при любой температуре, отличной от абсолютного нуля. При этом тела не только излучают, но и поглощают энергию от окружающих тел и атомов, находящихся в глубине самого тела.

Если тело (или система тел) в результате поглощения излучения или других процессов получает в единицу времени столько же энергии, сколько отдает путем излучения, то излучение называется равновесным. Равновесное излучение имеет место в изолированной системе тел, когда в процессе теплообмена в ней устанавливается постоянная температура.

Тепловое излучение - практически единственный вид излучения, который может быть равновесным

Излучательной способностью (энергетической светимостью) Е тела называется энергия электромагнитного излучения, испускаемого по всевозможным направлениям с единицы площади поверхности тела в единицу времени; выражается в Вт/м² .

Поглощательной способностью (коэффициентом поглощения) А тела называется отношение энергии электромагнитного излучения, поглощаемой телом, к энергии, падающей на него (величина безразмерная). Опыт показывает, что излучательная и поглощательная способности тела зависят от природы тела, состояния его поверхности, термодинамической температуры Т и длины волны λ излучения. Поэтому вводят понятия о спектральной излучательной способности (Е_λ,T) и спектральной поглощательной способности тела (А_λ,T). Эти величины относятся к определенной длине волны и температуре.

Тело, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него излучение любой длины волны, называется абсолютно черным телом. Его поглощательная способность равна единице:

(А_{λ, T})_черн. = 1

Излучение,проникая в полость,многократно отражается от ее стенок и полностью поглощается. Если нагревать стенки полости, то в ней при определенной температуре возникает равновесное излучение, которое выходит наружу и представляет собой излучение а .

Основные законы теплового излучения абсолютно черного тела.

1.Закон Кирхгофа: отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и для всех тел является одной и той же функцией длины волны и температуры:

называют функцией Кирхгофа. Она определяет излучательную способность абсолютно черного тела

так как (А_λ,T)_черн =1. Из закона Кирхгофа следует, что нагретые тела при определенной температуре преимущественно излучают те длины волн, которые они при этой же температуре сильнее поглощают (и наоборот

2. 2. Закон Стефана – Больцмана: полная (по всему спектру) излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:

Коэффициент пропорциональности σ=5,7∙10^-8 Вт/м²∙К⁴ называется постоянной Стефана-Больцмана.

3. Закон Вина (закон смещения): длина волны на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела обратно пропорциональна абсолютной температуре:

с повышением температуры максимум энергии излучения смещается в сторону более коротких волн

Планк предположил, что свет распространяется определенными порциями или квантами. Энергия кванта ε = hν, где ν–частота излучения, h = 6,62 ∙ 10^-34 Дж∙с – постоянная Планка, не зависящая от частоты излучения.

Формула Планка для функции Кирхгофа имеет вид:

где k – постоянная Больцмана, с – скорость света в вакууме.