Свойства теплового излучения
Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности
Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте
C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает
C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн)
Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния
Самым важным и отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит что если мы поместим тело в термоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии.
Принцип детального равновесия
Статистическое описание равновесных состояний может быть выполнено с использованием предположения о том, что в равновесной термодинамической системе два любых противоположно направленных процесса должны компенсировать друг друга. Если указанное предположение не выполняется, то это приведет к возникновению в системе упорядоченных движений или процессов, и ее состояние станет неравновесным.
Требование взаимной компенсации двух любых противоположно направленных процессов можно выразить в виде принципа детального равновесия:
В равновесной термодинамической системе вероятности протекания прямого и обратного процессов одинаковы.
Данная формулировка справедлива для любых, в том числе и микроскопических процессов, имеющих очень малые пространственный размеры. Под обратным процессом понимается такой процесс, который полностью совпадает с прямым при замене течения времени на противоположное. Например, если прямой процесс заключается в соударении двух шаров, при котором их начальные скорости и переходят в и , то при обратном процессе произойдет обратный переход скоростей и в и .
Закон Кирхгофа.
Закон излучения Кирхгофа - отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы, химического состава и проч. Этот закон был установлен немецким физиком Г.Р. Кирхгофом в 1859 году.
Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглащается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела. Согласно закону излучения Кирхгофа справедливо следующее выражение:
Здесь - универсальная функция частоты и температуры, именуемая излучательной способностью абсолютно чёрного тела.
По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, т.е. = 1. Реальные тела имеют поглощательную способность меньшую единицы, а значит, в соответствии с законом Кирхгофа, и меньшую чем у абсолютно чёрного тела излучательную способность при той же температуре на той же частоте.
Закон Кирхгофа объясняет хорошо известные экспериментальные факты:
вещество излучает сильнее на тех частотах, на которых сильнее поглощает;
хорошо поглощающее тело одновременно является интенсивно излучающим.
Если предположить, что коэффициент поглощения тела не зависит от частоты (серое тело), тогда при переизлучении энергии не происходит её перераспределения по частотам и спектр серго тела имеет такой же вид, как и у абсолютно чёрного тела.