Лекция 5 Тепловое излучение

5.1 Энергетические характеристики теплового излучения

Изменение энергии тела связано либо с потерей энергии самим телом, либо за счёт получаемой энергии извне. Одним из простых видов излучения является тепловое, т.е. излучение нагретых тел. Испускание и поглощение света (энергии тепла) происходит в результате колебания заряженных частиц в атомах и молекулах. Излучение тел сопровождается потерей энергии.

Если тело излучает столько энергии, сколько оно получает её путём поглощения от окружающих тел, то говорят, что тело находится в тепловом равновесии с окружающей средой, а его излучение называется равновесным.

Для теплового излучения равновесное состояние устанавливается автоматически. Действительно, если тело излучает энергию в большем количестве, чем поглощает, оно должно охлаждаться. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не установится равновесие между излучаемой и поглощаемой телом энергией, а это значит, что температура тела станет установившейся, неизменной. Аналогичное рассмотрение можно провести для тела, поглощающего большую энергию, чем им излучаемую.

Равновесному излучению свойственны определённые закономерности. Для дальнейшего изложения введём некоторые понятия и термины:

1) Введём понятие спектральной плотности энергетической светимости – r_λ, которая характеризует излучательную способность тела. r_λ – энергия, излучаемая с единицы поверхности тела в единицу времени вблизи данной длины волны в единичном интервале длин волн. также называют испускательной способностью тела.

Обозначим через dW – поток энергии, излучаемый всем телом в единицу времени в диапазоне ( , ) вблизи данной длины волны . По определению, мощность – это энергия, излучаемая в единицу времени, т.е. .

Поскольку излучаемая энергия зависит от длины волны и температуры, то и мощность , а, значит, и спектральная плотность энергетической светимости также является функцией и T

2) Энергетическая светимость тела - это количество энергии, излучаемой единицей поверхности тела (S = 1 м²) в единицу времени (t =1 с) во всем диапазоне длин волн. Энергетическая светимость является функцией температуры. Под dW подразумевается интегральный поток световой энергии – это поток, относящийся ко всем длинам волн, испускаемых телом, т.е. берется в интервале от до . По определению,

Излучение можно характеризовать вместо длины волны частотой . Участку спектра будет соответствовать интервал частот . Действительно, и связаны соотношением: . Дифференцируем это соотношение и получаем: (знак (-) просто указывает на то, что, если растёт, то - убывает), тогда и получаем выражение для энергетической светимости через частоту . Обозначив , можно записать для энергетической светимости:

3. Рассмотрим поглощение света. Пусть на тело падает поток энергии dE. Часть этой энергии dE’ поглотиться телом (часть отразиться или пройдёт сквозь тело). Величина (dE’ – поглощается, dE – падает) называется поглощательной способностью тела, она показывает, какая доля от общего потока энергии вблизи данной длины волны поглощается телом. Величины r_λ и являются функциями T и , т.е. при изменении температуры тела меняются как его излучательная, так и его поглощательная способность.