Глава 8 Квантовая природа излучения.

§10 Тепловое излучение и его характеристики.

Все тела t^o которых больше нуля излучают эл.мг. волны за счёт энергии теплового движения атомов и молекул вещества (то есть за счёт его внутренней энергии).

Например, сильно нагретые тела светятся, если температура выше 1000^о, то большая часть энергии излучается в световом диапазоне, если же температура тела обычная, то большая часть энергии излучается в инфракрасном диапазоне.

Итак электро-магнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии называют тепловым или температурным излучением.

Теплообменом излучения (радиационным теплообменом) называют самопроизвольный процесс передачи энергии в форме теплоты от более нагретого к менее нагретому, осуществляющийся путём теплового излучения и поглощения электромагнитных волн этими телами.

Тепловое излучение – практически единственный вид излучения, который может быть равновесным (т.е. в единицу времени поглощается столько же энергии, сколько и излучается).

Характеристики теплового излучения.

1) Очень важной характеристикой является спектральная плотность энергетической светимости тела - это мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины (т.е. от  до +d): (10.4), где – энергия эл.м. излучения, испускаемая за единицу времени (мощность излучения) с единицы площади поверхности тела в интервале частот от  до +d). Си:

Записанную формулу можно представить в виде функции длины волны: , т.к. , то , где знак “-” указывает на то, что с возрастанием одной из величин ( или ) другая величина убывает. Поэтому в дальнейшем знак “-” будем опускать.

(10.5) Т.о. , с помощью формулы (10.5) можно перейти от к и наоборот. Зная спектральную плотность энергетической светимости, можно вычислить интегральную энергетическую светимость (её называют просто энергетической светимостью тела), просуммировав по всем частотам: (10.6) . Если излучение падает на какое либо тело, то часть светового потока поглощается, часть отражается, а часть (если тело прозрачное) проходит сквозь тело.

Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спектральной поглащательной способностью: (10.7), показывающей, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на неё эл.м. волнами с частотами от  до +d, поглощается телом.

Спектральная поглащательная способность - величина безразмерная.

Величины и - зависят от природы тела, его термодинамической температуры и при этом различаются для излучений с различными частотами. Поэтому эти величины относят к определённым T и (вернее, к достаточно узкому интервалу частот от  до +d).

Спектральная поглащательная способность (коэффициент поглощения) для любых тел разный и зависит от t^o и .

Тело, способное поглощать полностью при любой температуре, всё падающее на него излучение любой частоты ( ), называется чёрным. Следовательно, спектральная поглащательная способность чёрного тела для всех частот (длин волн) и температур тождественно равна единице ( или ) (рис. 1)

Абсолютно чёрных тел в природе нет, однако такие тела, как сажа, платиновая чернь, чёрный бархат и другие в определённом интервале частот по своим свойствам близки к ним.

И деальной моделью чёрного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч света попавший внутрь такой полости, испытывает многократные отражения от стенок, и практически поглощается. Вследствие чего открытые окна домов со стороны улицы кажутся чёрными хотя внутри комнат достаточно светло из-за отражения света от стен.

Наряду с понятием чёрного тела используют понятие серого тела – тела, поглащательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зависит только от t^o, материала и состояния поверхности тела. (рис. 1).