Практическое применение законов излучение абсолютно черного тела

а) Измерение температуры удаленных объектов.

Для этой цели сравнивается яркость тонкой проволоки, находящейся в хорошо откаченной колбе при изменении силы тока с яркостью изображения исследуемого объекта. При этом ток, текущий через проволоку, подбирается таким, чтобы проволока исчезала на фоне изображения исследуемого объекта. Этот принцип измерения используется в оптическом пирометре. Такой прибор предварительно градуируют по излучению абсолютно черного тела. С помощью пирометров измеряют температуру в доменных печах, при плавке металлов, температуру поверхности звезд,

б) Определение коэффициента полезного действия источников света (электрической лампочки).

На рис. 10 изображена зависимость лучеиспускательной способности от длины волны для двух температур Т₁ =6000⁹К (температура поверхности Солнца) и Т₂=3000°К (температура нити электрической лампочки). Вертикальными линиями выделена доля излучения, приходящаяся на видимую часть спектра (4000— 7000 Å)

Рис. 10. Зависимость лучеиспускательной способности абсолютно черного тела oт длины волны. Штриховкой показана видимая область спектра

Видно, что лишь малая доля излучения может быть эффективно использована для осветительных целей. Расчеты показывают, что лишь 13% излучаемой Солнцем энергии приходится на видимый диапазон. Значительно меньшая часть энергии может быть утилизована при температуре Т =3000°К (рис. 10). Коэффициент полезного действия лампы накаливания с такой температурой нити составляет 3%. Лампочка накаливания является малоэффективным источником освещения, поэтому прогрессивно внедрение люминесцентных ламп, эффективность которых составляет 50— 80%.

Формула Планка

Универсальный вид зависимости лучеиспускательной способности абсолютно черного тела от длины волны заставляет думать, что существует общий закон, который можно записать математически. Этот закон был получен М. Планком в 1900 году. Планк предположил, что полная энергия излучения складывается из энергий отдельных квантов излучения - фотонов. Энергии фотонов зависят от частоты колебаний:

E = hv

где h — постоянная Планка (h=6,63·10^-34 Дж·сек; v — частота колебаний.

Из-за малости энергии фотонов и их большого числа излучение нагретым телом представляется непрерывным процессом и дает сплошной спектр.

Исходя из таких представлений, была получена теоретическая формула для лучеиспускательной способности абсолютно черного тела:

(1)

где с — скорость света (с=3·10⁸ м/с); k — постоянная Больцмана (k =1,38·10^-23 Дж/к)

Эта формула хорошо согласуется с экспериментальными измерениями лучеиспускательной способности. Используя формулу (1), можно получить математический вид всех законов излучения абсолютно черного тела — Вина и Стефана—Больцмана.

Занятие №2

Тема: ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА