Тепловое излучение и его характеристики

Целый ряд физических явлений сопровождается излучением света, т.е. электромагнитных волн видимого диапазона. Так, свет излучается в ходе некоторых химических реакций, при пропускании электрического тока через газы, при воздействии радиоактивного излучения на некоторые вещества и т.д. При нагревании всякое вещество излучает электромагнитные волны инфракрасного, видимого (l_u от 400 до 750 нм) и ультрафиолетового диапазонов. Излучение электромагнитных волн нагретыми телами называется тепловым. Необходимо отметить, что тепловое излучение происходит при любой температуре выше 0 °С. Однако при невысоких температурах излучаются только инфракрасные волны, не воспринимаемые человеческим глазом. Для характеристики теплового излучения используется энергетическая светимость и излучательная (испускательная) способность тела. Излучательная способность тела r _lT определяется как мощность излучения (энергия излучения в единицу времени) с единицы поверхности тела в единичном интервале длин волн вблизи излучаемой длины волны l. Если на интервал длин волн от l до l + d l приходится мощность излучения dP _lT, то, согласно определению, излучательная способность тела равна:

(1)

где S — площадь поверхности излучающего тела.

Энергетическая светимость тела R _Э есть мощность излучения с единицы поверхности тела во всём диапазоне излучаемых длин волн, т.е. она равна сумме мощностей, излучаемых с единицы поверхности на каждой длине волны:

. (2)

Тело может не только излучать энергию, но и поглощать падающее на него излучение. Пусть в падающем на тело излучении на интервал длин волн от l до l + d l приходится мощность dP _lT. При этом часть этой мощности поглощается телом, а другая отражается. Тогда величина

(3)

называется поглощательной способностью тела. Она показывает, какая доля от общей мощности падающего излучения вблизи данной длины волны l поглотилась. Очевидно, что поглощательная способность тела изменяется от нуля до единицы, т.е.

Рис. 4

Как излучательная, так и поглощательная способность тела существенно зависят от длины волны излучения, от свойства тела, а также от его температуры. Например, обычное стекло обладает малой поглощательной способностью в видимой области спектра, т.е. свет свободно проходит через стекло, и большую поглощательную способность — в ультрафиолетовой. Кроме того, для всякого реального тела величина поглощательной и испускательной способности сильно зависит от состояния его поверхности: характера обработки, наличия плёнки окислов и т.д. Следовательно, поглощательная и испускательная способность определяется типом реального тела состоянием его поверхности. Поэтому физику излучения развивали применительно к абсолютно чёрному телу. Тело, поглощающее всё падающее на него излучение, называется абсолютно чёрным, т.е. его поглощательная способность равна единице (). Близким к абсолютно чёрному телу являются сажа и чёрный бархат (отсюда и название по их чёрному цвету). Однако наилучшим приближением является небольшое отверстие в полости, внутренняя поверхность которой покрыта, например, сажей (рис. 4). Всякое излучение, попавшее в него, имеет малую вероятность выйти обратно, так как оно должно испытать множество отражений от стенок полости, при каждом из которых большая часть энергии поглощается. Поэтому практически всё излучение полностью поглощается. Нагревание такой полости позволяет изучать излучение абсолютно чёрного тела.

Дата добавления: 2013-12-12