- •Законы теплового излучения
- •Законы излучения абсолютно черного тела
- •II. Теорема Вина.
- •III. Закон смещения Вина (1893г.): длина волны max, соответствующая максимальной энергии в спектре излучения, обратно пропорциональны абсолютной температуре т: ; ;
- •V. Формула Планка.
- •Порядок работы:
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Ключевые слова
Министерство образования и науки Российской Федерации
ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Физика»
проверка законов абсолютно
черного тела
Составители: Шелкунова З.В.
Ваганова Т.Г.
Улан-Удэ
2005
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Проверка законов абсолютно черного тела
Цель работы: Исследование зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела. Снятие зависимости напряжения на термостолбике от температуры внутри печи с помощью термопары.
Приборы и принадлежности:
измерительное устройство ФПК11,
объект исследования (печь),
термостолбик,
стойка,
штатив.
Законы теплового излучения
Тепловым излучением называется перенос теплоты с помощью электромагнитных волн. Теплообмен между телами происходит путем испускания и поглощения теплового излучения.
Все нагретые тела излучают электромагнитные волны.
Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом, называется равновесным тепловым излучением, которое характеризуется следующими свойствами:
- оно однородно, т.е. имеет единственную плотность во всех точках внутри полости;
- оно изотропно, т.е. все возможные направления излучения внутри полости равновероятны;
- оно неполяризовано, т.е. направление векторов напряженности и хаотически меняются во времени во всех точках пространства полости.
Рассмотрим замкнутую полость, стенки которой имеют одинаковую температуру Т. При равновесном излучении стенки полости будут излучать и поглощать электромагнитные волны так, что в 1 с количество излученной энергии будут равно поглощенной энергии. Так как излучения распространяется с конечной скоростью, то внутри полости будет электромагнитное поле с постоянной объемной плотностью энергии
.
Плотность энергии можно представить в виде разложения по частоте и длине волны
,
где и - объемные плотности энергии излучения, приходящиеся на интервал частот или длин волн ;
- спектральные плотности лучистой энергии
; ; .
В случае равновесного излучения спектральная плотность зависит от частоты , температуры измерений Т и свойств среды, занимающей полость.
Основная задача теплового излучения состоит в нахождении функции .
Для характеристики процесса теплового излучения тела вводят понятия об излучательной и поглощательной способности поверхности тела.
Поток лучистой энергии d (с частотами между и + d), излучаемой за время dt площадкой dS телесного угла d по определению равна
dW = E dS cos d d dt,
где E - называется излучательной способностью тела в направлением угла .
Единица .
Доля падающего потока излучения dW0 в данном интервале частот , которая поглощается телом и превращается в теплоту называется поглощательной способностью А поверхности тела:
,
где 0 А 0, величина безразмерная.
Излучательная и поглощательная способности тела для равновесного излучения с частотой связана с удельной интенсивностью I соотношением
- это соотношение называется законом Кирхгофа (1859 г).
Так как величина I не зависит от вещества, из которого изготовлено тело, а является функцией только частоты и температуры Т, то I для всех тел одинаково.
Закон Кирхгофа дает количественное описание правила Прево: если поглощательные способности двух тел различны, то будут различны и их излучательные способности.
Наибольшим значением Е имеет тело, у которого для всех частот поглощательная способность А = 1.
Тело, которое поглощается все падающее на него тепловое излучение называется абсолютно черным телом (а.ч.т.).
Из закона Кирхгофа следует:
излучательная способность а.ч.т. I является функцией частоты и Т, ;
излучательная способность а.ч.т. при данной частоте и температуре Т максимальна ;
излучательная способность любого тела (серого) равна произведению поглощательной способности и излучательной способности а.ч.т. I . Зная I, можно вычислить распределение энергии Е по частотам для любого тела, если известна его поглощательная способность;
всякое тело при данной температуре излучает электромагнитные волны той частоты, которые оно поглощает при этой же температуре;
А.ч.т. – идеализация, наилучшее приближение к а.ч.т. дает замкнутая полость, окруженная равномерно нагретыми непрозрачными стенками. Для выхода излучения полость должна иметь малое отверстие.