5.Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Черное тело, серое тело.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, которое возникает за счет энергии вращательного и колебательного движения атомов и молекул в составе вещества. Тепловое излучение характерно для всех тел, которые имеют температуру, превышающую температуру абсолютного нуля.

Излучение:

Тепловое излучение тела человека относится к инфракрасному диапазону электромагнитных волн.

ИК–излучение– это электромагнитная волна в диапазоне от 0,76 мкм до 1-2 мм.

Процессы излучения, сопровождающиеся химическими превращениями внутри тела, называются хемилюминесценцией.

Излучение вещества за счет поглощаемого телом электромагнитного излучения называется фотолюминесценцией.

Возбуждение свечения при воздействии электрического поля (газовый разряд) называется электролюминесценцией.

Испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тела называется тепловым излучением.

Интегральная лучеиспускательная способность(энергетическая светимость)R_е– поток излучения, испускаемый 1 м²поверхности:

, где

Испускательная способностьтела (спектральная плотность энергетической светимости) численно равна энергии, излучаемой с единицы поверхности в единицу времени в единичном интервале длин волн вблизи данной длины волны:

Испускательная способностьтела (спектральная плотность энергетической светимости) равна отношению энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка.

Поглощательная способность(коэффициент поглощения) – отношение потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него.

Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны называют спектром излучения тела.

Для потоков монохроматического излучения вводят монохроматический коэффициент поглощения или поглощательную способность тела.

Тела, способные поглощать полностью при любой температуре все падающее на них излучение любой длины волны называются абсолютно черными:.

Есть также серые тела, для которыхα<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

6.Законы теплового излучения. Термодинамическое равновесное состояние. Закон Кирхгофа. Законы излучения черного тела.

Закон Кирхгофа

Отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и есть величина постоянная для данной длины волны и температуры.

Тепловое излучение является равновесным – сколько энергии излучается телом, столь ее им и поглощается.

Для абсолютно черного тела,

Отношение испускательной и поглощательной способностей любого тела равно спектральной испускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и длине волны.

Следствия из закона Кирхгофа:

1. Спектральная энергетическая светимость АЧТ является универсальной функцией длины волны и температуры тела.

2. Спектральная энергетическая светимость АЧТ наибольшая.

3. Спектральная энергетическая светимость произвольного тела равна произведению его коэффициента поглощения на спектральную энергетическую светимость абсолютно черного тела.

4. Любое тело при данной температуре излучает волны той же длины волны, которое оно излучает при данной температуре.

Закон Стефана-Больцмана

В 1879 году австрийские ученые Йозеф Стефан (экспериментально для произвольного тела) и Людвиг Больцман (теоретически для АЧТ) установили, что общая энергетическая светимость во всем диапазоне длин волн пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела: , где – постоянная Стефана-Больцмана.

ЗаконВина

Согласно закону, длина волны λmax, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости АЧТ, обратно пропорционален его абсолютной температуре Т: , где– постоянная Вина.

Максимум спектральной плотности при увеличении температуры смещается в сторону более коротких длин волн. Поэтому закон Вина называют законом смещения, применяется в оптической пирометрии – метода определения температуры по спектру излучения сильно нагретых тел, которые отдалены от наблюдателя. Именно этим методом впервые была определена температура Солнца (для 470 нм Т = 6160 К).