Физические величины, характеризующие тепловое излучение

Особенности теплового излучения

Если тело получает от окружающих тел, путём поглощения излучения, количества тепла, как раз компенсирующее убыль его энергии, то процесс происходит равновесно. При этом состояние излучающего тела может быть охарактеризовано определённой постоянной температурой T. Следует напомнить, что понятие температуры применимо лишь в том случае, когда имеется статистическое равновесие. Поэтому указанное равновесное излучение и называется температурным.

Рассмотрим теперь случай, когда получаемого телом извне количества тепла недостаточно для полной компенсации энергии излучения. Тогда энергия излучения отчасти берётся за счёт запаса внутренней энергии тела. Вообще говоря, при этом нарушится равновесное распределение частиц, и излучение перестанет быть равновесным. Но если излучение происходит настолько медленно, что распределение внутренней энергии в теле успевает выравниваться и продолжает оставаться равновесным, то излучение также будет носить равновесный характер. В этом случае температура будет падать, но в каждый данный момент состояние тела можно рассматривать как равновесное и приписывать ему определённую температуру.

Введём в рассмотрение энергетическую светимость тела R, определив её, в соответствии со сказанным в предыдущей лекции, как величину, численно равную потоку световой энергии (мощности излучения) dP, испускаемой с единицы поверхности dS светящегося тела:

.

(2.4)

Здесь под dP подразумевается интегральный поток световой энергии, то есть поток, относящийся ко всем длинам волн, испускаемых телом. Следовательно,

.

(2.5)

Как в предыдущей лекции мы вводили функцию p_λ, характеризующую распределение энергии в потоке по длинам волн, так же мы можем ввести и для энергетической светимости R функцию распределения r_λ по длинам волн. Тогда для потока световой энергии dP_λ, _{λ + dλ} , относящегося к интервалу длин волн от λ до λ + dλ и испускаемого с поверхности тела площадью dS, получим

.

(2.6)

Величина r_λ представляет собою энергетическую светимость, отнесённую к единичному интервалу длин вблизи данной длины волны λ; её называют испускательной способностью тела.

Интегральная энергетическая светимость R, относящаяся ко всем длинам волн, исходя из формул (2.5) и (2.6), очевидно, выразится тогда интегралом

.

(2.7)

Рассмотрим теперь поглощение света. Пусть на тело падает поток световой энергии dP_λ, относящийся к малому интервалу длин волн dλ вблизи некоторой длины волны λ. Часть этого потока рассеется и отразится от тела, часть поглотится. Обозначив отраженный поток, отнесенный к этому интервалу длин волн dλ, через dP_λ ’. Величина

(2.8)

показывает, какая доля от общего потока, вблизи данной волны λ, отразилась; она называется отражательной способностью тела. Обозначив поглощённый поток, отнесенный к этому интервалу длин волн dλ, через dP_λ ’’. Величина

(2.9)

показывает, какая доля от общего потока, вблизи данной волны λ, поглотилась; она называется поглощательной способностью тела. Практически все тела обладают селективностью, то есть не одинаково отражают и поглощают потоки разных длин волн. Для них ρ_λ и a_λ являются функциями длины волны. Если какое-то тело поглощает в некотором интервале длин волн световой поток нацело, то для него a_λ =1, ρ_λ =0, и такое тело называется абсолютно чёрным телом. Если какое-то тело отражает в некотором интервале длин волн световой поток нацело, то для него a_λ =0, ρ_λ =1, и такое тело называется абсолютно белым телом. Во всех случаях, когда поток поглощается не целиком, a_λ <1 и ρ_λ <1, телам называются серыми телами, и при этом очевидно, что

.

(2.10)

Дата добавления: 2014-01-11