Лекции по физике

Конец лекци по данной теме

131

Сегодня: четверг, 10 февраля 2011 г.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

1.Введение

2.Равновесный характер теплового излучения

3.Количественные характеристики теплового излучения

4.Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа

5.Законы теплового излучения абсолютно черного тела

6.Формула Рэлея-Джинса

7.Формула Планка. Фотоны.

132

1.

Введение

• Если на какое-либо тело падает поток из-

лучения Ф0, то часть этого потока отража-

ется (зеркально или диффузно, в зависи-

мости от того зеркальная или матовая по-

Рис. 1

верхность тела), часть потока поглощается

телом и часть может пройти сквозь тело.

• Общий баланс энергии можно представить в виде:

Ф0 = Фотр + Фпогл + Фпрох.

(1)

• Разделив обе

части этого равенства на Ф0,

получим:

Фотр

Ф

Фпрох

+

погл

+

= 1,

(2)

Ф

Ф

Ф

0

0

0

133

где:		Фотр			= ρ		- лучеотражательная способность тела
		Ф0
							(коэффициент отражения),
		Фпогл			= а		- лучепоглощательная способность тела
		Ф0
							(коэффициент поглощения),
		Фпрох			= D		- лучепропускательная способность
		Ф0
							тела (коэффициент прозрачности).

• Согласно уравнению (2) все эти три коэффициента связаны соотношением:

ρ +a + D =1.

(3)

134

•Коэффициент D, характеризующий прозрачность тела, зависит от толщины последнего. При достаточной толщине любое тело практически непрозрачно.

•Большинство твердых тел непрозрачны уже при сравнительно небольшой толщине. В этом случае можно считать, что D = 0 и тогда:

ρ + a = 1.

(3)

• Наряду с отражением и поглощением падающего на них излучения все тела способны испускать электромагнитные волны, т.е. способны светиться.

• Причины такого свечения многообразны. Кусок сахара слабо светится при раскалывани. Газ в разрядной трубке светится при прохождении электрического тока. Кусочек фосфора, окисляющийся на воздухе, светится в результате135

протекания химической реакции. Экран электроннолучевой трубки светится в результате бомбардировки его ускоренными электронами.

•Все эти виды свечения тел при разразличных внешних воздействиях объединяются одним общим названием – люминесценция (триболюминесценция, электролюминесценция, хемилюминесценция, катодолюминесценция).

•Существуют и другие, не названные здесь, виды люминесценции.

•В отличие от явлений люминесценции существует свечение тел, обусловленное их нагреванием. Такое свечение называется температурным или тепловым.

136

•Таким образом, если тепло – единственный источник энергии, обеспечивающий излучение, а излучение можно характеризовать определенной температурой, то такое излучение называют

тепловым.

•Спектральное распределение энергии теплового излучения зависит от температуры тела.

•Для всех тел с увеличением температуры максимум энергии излучения смещается в коротковолновую область спектра, а общая

энергия излучения возрастает.

137

• Приведем примеры теплового излучения.

• Излучение	батареи	центрального	отопления
(T ≈ 350	К) имеет	пик энергии	в диапазоне

невидимого инфракрасного излучения.

•Поверхность Солнца (T ≈ 6000 К) излучает энергию в диапазоне видимого света.

•При ядерном взрыве (T ≈ 106 К) большая доля энергии взрыва уносится коротковолновым рентгеновским и гамма-излучением.

138

2.Равновесный характер теплового излучения

•Существенной особенностью теплового излучения, отличающей его от всех иных видов излучения, является его способность находиться в равновесии с излучающим телом.

•Предположим, что тела 1, 2 и 3, имеющие разные температуры, помещены в замкнутую вакуумную полость с идеально отражающими стенками.

•Энергия данной системы складывается

	частично в	виде	энергии излучения
Рис. 2	электромагнитных волн и частично в виде
	внутренней	энергии	излучающих тел
	(Еизл + Етел).		139

•Отраженное оболочкой излучение, упав на тела, поглотится ими (частично или полностью). В оболочке будет происходить непрерывный обмен энергией между телами и заполняющим оболочку излучением.

•Если распределение энергии между телами и излучением остается неизменным для каждой длины волны, то

состояние системы тела-излучение будет равновесным.

•Опыт показывает, что только тепловое излучение может находиться в равновесии с излучающими телами.

•При этом распределение энергии по частотам будет зависеть только от температуры тела, но не от его природы (в спектре излучения будут присутствовать все длины волн от 0 до бесконечности).

•Все остальные виды излучения – неравновесные.

140