Природа теплового излучения. Характеристики теплового излучения
Тепловое излучение, т.е. излучение нагретых тел представляет собой электромагнитное излучение. Оно обусловлено возбуждением атомов и молекул при соударениях в процессе теплового движения. Возбуждение происходит за счет того, что атомы и молекулы тела, имеющие большую энергию, сталкиваясь с атомами и молекулами с меньшей энергией, передают им часть своей энергии, энергия медленных молекул и атомов увеличивается. Но так как все системы при данных условиях стремятся занять энергетически наиболее выгодное состояние, то возбужденные частицы самопроизвольно переходят в состояние с прежней энергией, испуская электромагнитную волну. Тепловое излучение происходит при всех температурах, кроме абсолютного нуля , при котором движение прекращается.
Каждое тело одновременно испускает и поглощает падающее на него как от окружающих тел, так и от атомов и молекул, находящихся в глубине самого тела. Поэтому тепловое излучение является термодинамически равновесным: в единицу времени испускается столько же энергии, сколько и поглощается.
Характеристики теплового излучения:
1.Поток излучения (мощность излучения) – энергия, испускаемая со всей поверхности тела за 1 секунду
,
.
2. Энергетическая светимость – энергия, испускаемая с 1 м2 поверхности тела за 1с
,
.
3. Спектральная плотность энергетической светимости
,
т.е. является функцией распределения энергии по спектру. Она выражает собой энергию, испускаемую с 1 м2 поверхности тела за 1с в единичном интервале длин волн вблизи данной волны .
4. Монохроматический коэффициент поглощения . Он харак-теризуется отношением потока излучения, поглощенного данным телом в единичном интервале длин волн, к потоку излучения, падающего на ту же площадь тела
.
.
у зеркал, у тел с белой тканью, у таких тел как черная бумага, черные ткани, бархат.
Тело, у которого , называется абсолютно черным телом. В природе таких тел нет. Свойства абсолютно черного тела лучше всего воспроизводит модель абсолютно черного тела - тело с небольшим отверстием в замкнутой полости, стенки которой выполнены из поглощающего материала. При каждом отражении
света, вошедшего в полость, стенки полости поглощают часть энергии. Поэтому интенсивность луча света, выходящего из отверстия, во много раз меньше интенсивности входящего света
Рис. 9.
Тела, у которых называются серыми телами. Таких тел много: кожа человека, белая бумага, белый шелк, белая хлопчатобумажная ткань – все они по-разному поглощают свет, но у всех у них .
Закон Кирхгофа
Изучая условия термодинамически равновесного излучения, Кирхгоф установил, что, т.к. термодинамическое состояние излучателей не меняется, то каждое тело излучает и поглощает одинаковую энергию. Спектр излучения каждого тела должен совпадать со спектром поглощения электромагнитного излучения, иначе термодинамическое равновесие нарушалось бы. В состоянии термодинамического равновесия у тел, обменивающихся энергией только путем излучения и поглощения, отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения является постоянной величиной, независящей от природы тела, и для всех тел выражается одной и той же функцией от длины волны и температуры :
Этой функцией является спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела .
Дата добавления: 2016-01-20; просмотров: 2028;