Механізм та характеристики теплового випромінювання. Абсолютно чорне тіло.

Електромагнітне випромінювання тіла,зумовлене збудженням його атомів і молекул внаслідок співударів під час їх теплового руху, називають тепловим.

Однієї із кількісних характеристик теплового випромінювання є енергетична світність. Це потік випромінювання з 1м² поверхні. У СІ вона вимірюється у Вт/м². Енергетична світність,яка відповідає певному інтервалу довжини хвиль, пропорційна ширині цього інтервалу.

Спектром випромінювання тіла називають залежність спектральної густини енергетичної світності від довжини хвилі. Ця залежність також є однією із характеристик теплового випромінювання.

Кожне тіло випромінює енергію і одночасно поглинає її він навколишніх тіл. Здатність тіла поглинати енергію характеризується коефіцієнтом поглинання, який дорівнює відношенню поглинутого тілом потоку випромінювання до падаючого потоку. Беручи до уваги залежність коефіцієнта поглинання від довжини хвилі, можна вивести монохроматичний коефіцієнт поглинання.

Коефіцієнт поглинання може набувати значень від 0до 1. Особливо добре поглинають випромінювання чорні тіла.

Абсолютно чорне тіло – тіло, коефіцієнт поглинання якого дорівнює одиниці для усіх частот.

Абсолютно чорних тіл у природі не існує. Ідеальною моделлю абсолютно чорного тіла є замкнена порожнина з невеликим отвором. Промінь світла, яка потрапив всередину, багаторазово відбивається від стінок, внаслідок чого інтенсивність випромінювання, яке виходить з порожнини, майже дорівнює нулеві. Тому вінка будинків з вулиці здаються чорними, хоча в кімнатах досить світло (відбивання світла від стін).

102. Закони теплового випромінювання (закон Кірхгофа, закон Планка)

Електромагнітне випромінювання тіла,зумовлене збудженням його атомів і молекул внаслідок співударів під час їх теплового руху, називають тепловим.

Кірхгоф, спираючись на другий закон термодинаміки та аналізуючи умови рівноважного випромінювання в ізольованій системі тіл, виявив кількісний зв'язок між спектральною густиною енергетичної світності та монохроматичним коефіцієнтом поглинання тіл. Відношення спектральної густини енергетичної світності до монохроматичного коефіцієнта поглинання не залежить від природи тіла і є для усіх тіл універсальною функцією частоти (довжини хвилі) і температури (закон Кірхгофа):

Де – спектральна густина енергетичної світності абсолютно чорного тіла.

Із закону Кірхгофа маємо:

Оскільки, то виходить, що за однакових температур.

З останньої формули бачиом, що якщо тіло не поглинає енергії, то воно й не випромінює.

Із закону Кірхгофа випливає, що спектральна густина енергетичної світності абсолютно чорного тіла є універсальною функцією. Тому визначення її залежності від частоти і температури є важливим завданням теорії теплового випромінювання.

Закон Планка. Інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від температури і частоти визначається законом Планка:

Де I(v)dv – потужність випромінювання на одиницю площі поверхні випромінювання на одиницю тілесного кута у діапазоні частот від v до v=dv.

103. Закони телового випромінювання (закон Стефана-Больцмана, закон зміщення Віна)

Електромагнітне випромінювання тіла,зумовлене збудженням його атомів і молекул внаслідок співударів під час їх теплового руху, називають тепловим.

Й. Стефан та Л.Больцман виявили зв'язок між енергетичною світністю і температурою абсолютно чорного тіла. Згідно з законом Стефана-Больцмана енергетична світність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертій степені його термодинамічної температури:

Де – стала, яка дорывнюэ 5,67 Вт/(м²К²).

У 1893р. Він, використовуючи закони термодинаміки та електродинаміки, виявив залежність довжини хвилі, яка відповідає максимуму функції, від температури Т. Згідно з законом Віна:

Тобто довжина хвилі, що відповідає максимуму спектральної густини енергетичної світності абсолютно чорного тіла, обернено пропорційна його термодинамічній температурі.

Стала Віна b=2,9.

Закони Стефана-Больцмана і Віна дають змогу, реєструючи випромінювання тіл, визначити їхні температури.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: