Основные законы лучистой энергии

Каждое тело в природе является источником лучистой энергии. Излучательной способностью тела Е называется количество энергии определенной длины волны К, испускаемое в единицу времени единицей поверхности тела. Она зависит от природы тела, его абсолютной температуры и длины волны.

Лучистая энергия, падающая на какое-либо тело, частично поглощается им и частично отражается. Тело, поглощающее всю падающую на него лучистую энергию, называется абсолютно черным. В природе таких тел не существует, но для коротковолновой радиации к абсолютно черному телу наиболее близки сажа и платиновая чернь, а для инфракрасного излучения — снег.

Тело, отражающее всю падающую на него энергию, называется зеркальным. Таких тел в природе тоже не существует. Число, показывающее, какая часть падающей на тело лучистой энергии с длиной волны  поглощается им, называется его поглощательной способностью К_.

3акон Кирхгофа. Отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности есть величина, постоянная для всех тел и равная излучательной способности Є абсолютно черного тела при той же температуре:

Е/ К_= Є

Из формулы следует, что излучательная способность тела пропорциональна его поглощательной способности.

Из закона Кирхгофа следует, что если при заданной температуре тело излучает лучистую энергию какой-либо длины волны, то при этой температуре оно и поглощает лучистую энергию этой же длины волны.

Закон Стефана — Больцмана. Полная излучательная способность черного тела Є пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:

Є =Т⁴

где — постоянная Стефана—Больцмана; Т—температура излучающей поверхности, В СИ =5,67 10¹¹ кВт/(м² К⁴).

Полная излучательная способность естественных поверхностей несколько меньше излучательной способности абсолютно черного тела. Поэтому закон Стефана—Больцмана применительно к естественным поверхностям выражается соотношением

Е = Т⁴

где —относительный коэффициент излучения.

Закон Вина. Произведение длины волны _m, которой соответствует максимальная излучательная способность тела, на его абсолютную температуру Т есть величина постоянная:

_m Т=2898 мкм К

Эта формула позволяет найти температуру тела, если известна длина волны, соответствующая максимальной излучательной способности этого тела. И наоборот, можно определить, какова длина волны, на которую в излучении тела при заданной температуре приходится наибольшая энергия.

Спектральный состав солнечной радиации

1. Выше было сказано, что солнечная радиация относится почти целиком к коротковолновой радиации, т. е. ее длины волн заключаются между 0,1 и 4 мкм. На этот интервал длин волн приходится 99% всей лучистой энергии Солнца, Всего 1 % остается на радиацию с меньшими и большими длинами волн, вплоть до рентгеновых лучей и радиоволн.

Видимый свет занимает в солнечной радиации узкий интервал длин волн всего от 0,40 до 0,75 мк,. Однако в этом интервале заключается почти половина всей лучистой энергии Солнца (4,6%). Почти столько же (47 %) приходится на инфракрасные лучи и всего 7% —на ультрафиолетовые.

2. Распределение энергии в спектре солнечной радиации (т. е. по длинам волн) до поступления ее в атмосферу можно приближенно найти путем экстраполяции результатов наземных наблюдений. Это распределение достаточно близко к теоретически полученному распределению энергии в спектре абсолютно черного тела при температуре 6000°. Максимум лучистой энергии приходится при этом в солнечном спектре, как и в спектре абсолютно черного тела, на волны с длинами около 0,47 м.к, т. е. на зелено-голубые лучи видимой части спектра. Однако в ультрафиолетовой части солнечного спектра энергия существенно меньше, чем в ультрафиолетовой части спектра абсолютно черного тела при температуре 6000°

Таким образом, Солнце, строго говоря, не является абсолютно черным телом. Однако указанную температуру в 6000° можно считать близкой к фактической температуре на поверхности Солнца.