Вопросы для самоконтроля.
-
На какие излучения делиться оптическая область спектра?
-
Чему равна скорость света?
-
Что называется видимым излучением?
-
Что называется энергией оптического излучения?
-
На какие группы делятся источники оптического излучения по их спектральной интенсивности?
-
Что называется силой излучения?
-
Что называется световым потоком?
-
Что называется отражением, и какие виды отражений бывают?
-
Что гласит закон квантовой эквивалентности Эйнштейна?
-
Что называется освещённостью?
Тема 1.2. Оптическое и тепловое излучение. Основные определения, законы теплового излучения.
Тепловое излучение есть результат преобразования энергии теплового движения атомов и молекул тела в энергию оптического излучения. Температура излучающего тела определяет как значение потока излучения, так и его спектральный состав.
Основные законы теплового излучения сформулированы применительно к абсолютно черному телу, под которым понимается приемник оптического излучения, полностью поглощающий падающие на него излучения независимо от направления падения, спектрального состава и поляризации.
С точки зрения работы источников теплового излучения необходимо рассмотреть следующие законы:
Закон Кирхгофа - устанавливает связь между способностями тела излучать и поглощать излучения: отношение плотностей излучения тел с одинаковой температурой равно отношению их коэффициентов поглощения:
;
-плотность
излучения абсолютно черного тела при
той же температуре,
;
Т. е. - отношение плотности излучения к коэффициенту поглощения для всех тел, имеющих одинаковую температуру, - величина постоянная, равная плотности излучения абсолютно черного тела при той же температуре.
Закон Стефана – Больцмана - устанавливает связь между плотностью излучения тела и его температурой. Стефан и Больцман установили, что плотность излучения абсолютно черного тела зависит только от его температуры и пропорциональна четвертой степени ее:
- постоянная, равная
;
Т — абсолютная температура, К.
Закон смещения Вина - при повышении температуры излучающего тела его излучение смещается в сторону более коротких длин волн. Произведение длинны волны, на которую приходится максимум излучения АЧТ на его абсолютную температуру есть величина постоянная:
;
;
На основании законов Стефана – Больцмана,
и закона смещения Вина определяется
значение максимальной спектральной
плотности излучения
АЧТ:
;
-
к-нт пропорциональности.
В 1900 Планк получил аналитическое выражение для спектральной плотности излучения АЧТ:
-
Формула планка связала в единое
целое все известные законы, если взять
и определить из формулы Планка плотность
излучения:
Для вычисления максимальной функции
надо взять производную от формулы Планка
и приравнять её к нулю:
;
и получаем условие максимума:
;
Подставим значение
в
ф-лу Планка мы получим следствие законов
Стефана – Больцмана и смещения Вина:
;
Сформулированные для АЧТ закономерности изменения применимы и для реальных тел, только в этом случае необходимо учитывать степень соответствия реального тела идеальному АЧТ. Эта степень соответствия практически определяется коэффициентом черноты или коэффициентом серости. К-нт черноты реальных тел это не постоянные величины они зависят от их температуры, обычно
для реального тела закон Стефана – Больцмана записывают в виде:
;
С энергетической точки зрения большой практический интерес для источника излучения представляет КПД излучения нагретого тела. Для АЧТ эта зависимость описывается выражением:
Максимум светового КПД излучения АЧТ достигается всего 14,5 % при t=6500 К