І. Теоретичні відомості. Найрозповсюдженішим у природі видом електромагнітного випромінювання є теплове випромінювання, або випускання
Найрозповсюдженішим у природі видом електромагнітного випромінювання є теплове випромінювання, або випускання. Воно здійснюється за рахунок енергії теплового руху атомів і молекул, тобто за рахунок внутрішньої енергії речовини і тому призводить до охолодження випромінюючого тіла. Теплове випромінювання мають всі тіла при будь - якій температурі, більшій від нуля Кельвіна. Воно має суцільний спектр, однак розподіл енергії в ньому залежить від температури: при низьких температурах – теплове випромінювання є переважно інфрачервоним, при високих – видимим і ультрафіолетовим.
Кожне тіло, випромінюючи, водночас поглинає частину енергії, що випромінюється іншими (оточуючими) тілами. Температура, що відповідає стану теплової (променевої) рівноваги, називається температурою теплової рівноваги.
Енергетична світимість, або повна випускальна здатність R тіла, - відношення енергії, що випромінюється з площі поверхні тіла до тривалості і площі випромінення (Дж/(м2×с). Повна поглинальна здатність А тіла – відношення променистої енергії, поглинутої тілом до всієї падаючої на нього променистої енергії. Спектральною випускальною здатністю R тіла називається енергетична світимість, розрахована для вузького інтервалу довжин хвиль (від ( /2) до ( + /2)). Аналогічно вводиться поняття спектральної поглинальної здатності А . Поглинальна здатність всіх реальних тіл менша від одиниці.
Уявне тіло, що поглинає при будь - якій температурі всю падаючу на нього променисту енергію, називається абсолютно чорним тілом. (Приклад – сажа, А=0,95). Для випромінювання абсолютного чорного тіла характерні такі закони:
Закон Кірхгофа:
Для всіх тіл при даній температурі відношення випускальної здатності до поглинальної є постійна величина, рівна випускальній здатності абсолютно чорного тіла при тій же температурі.
Якщо ізольована система складається з багатьох тіл з випускальними здатностями R/ ,R// ,R///, і поглинальними здатностями А/, А//, А/// і одне з них є абсолютно чорним, то
R/ /А/ = R// /А// = R////А/// = Е/1= Е. На рис.1 представлено графік розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла при Т=1259 К.
Площа, обмежена кривою розподілу і віссю абсцис, становить повну випускальну здатність Е абсолютно чорного тіла при температурі 1259 К, тобто відношення енергії , що випускається з площі його поверхні до часу випромінювання і до величини цієї площі:
Е / * = Е = Е.
З графіка випливає, що при даній температурі максимум випромінювання абсолютно чорного тіла буде при макс. 2,4 мкм ( інфрачервоне випромінювання).
Рис.1. Графік розподілу енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла при Т=1259 К.
Закон Віна:
Довжина хвилі, що відповідає максимуму випромінювання абсолютно чорного тіла, обернено пропорційна його абсолютній температурі:
max T= b,
b = 2,8979 *10-3м - стала Віна.
Закон Стефана – Больцмана:
Повна випускальна здатність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертій степені його термодинамічної температури
Е = Т4,
= 5,67 * 10-8 Вт м-2К-4 – стала Стефана – Больцмана.
Для неабсолютно чорного тіла закон Стефана – Больцмана запишемо у вигляді:
Е =а Т4,
де а – коефіцієнт поглинання.
Дата добавления: 2015-05-26; просмотров: 668;