Экспериментальные законы теплового излучения абсолютно черного тела

Излучение абсолютно чёрного тела имеет сплошной спектр. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела было изучено экспериментально к концу 19-го столетия. В качестве абсолютно черного тела использовалась полость с малым отверстием, а также изолированная платиновая пластинка или уголь. Были получены два закона излучения абсолютно черного тела: закон Стефана – Больцмана и закон Вина.

1. Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры.

(10)

где s=5,67×10^-8 Вт/м²град⁴ – постоянная Стефана –Больцмана.

На рисунке 2 представлена зависимость спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны излучения. Из формулы (4) и свойств определенного интеграла следует, что энергетическая светимость равна площади под кривой спектральной плотности энергетической светимости. С увеличением температуры площадь под кривой спектральной плотности энергетической светимости увеличивается согласно закону Стефана-Больцмана.

Для серых тел на основании формулы (9) закон Стефана-Больцмана имеет вид:

(11)

где a- коэффициент поглощения серого тела на отрезке длин волн.

2. Закон смещения Вина: длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

(12)

где b=0.28979×10^{-2 м}×град – постоянная Вина.

На рисунке.2 видно, что при увеличении температуры абсолютно черного тела максимум излучения смещается в сторону меньших длин волн.

Рис. 2 Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела при различных температурах.

Закон Вина выполняется и для серых тел. Проявление закона Вина - при комнатной температуре тепловое излучение тел, в основном, приходится на ИК область и человеческим глазом не воспринимается. При повышении температуры тела начинают светиться тёмно-красным светом, а при очень высокой температуре с голубоватым оттенком.

Законы Стефана-Больцмана и Вина позволяют, измеряя излучение тел, определять их температуры (оптическая пирометрия).

Вопрос 5. 13 минут.

Дата добавления: 2014-01-14