Вопрос 2. Энергетическая светимость. Испускательная, отражательная и поглощательная способность тела

Люминесценция может осуществляться под действием света (фотолюминесценция), проникающей радиации (радиолюминесценция, в частности, рентгенолюминесценция, катодолюминесцнеция, ионолюминесценци), при возбуждении электрическим полем (электролюминесценция), при механических воздействиях (триболюминесценция) в химических реакциях (хемилюминесценция), в частности, при процессах, происходящих в клетках биологических объектов на молекулярном уровне (биолюминесценция). Люминесцирующие вещества называются люминофорами.

Следует отметить, что при отражении и преломлении света, когда происходит формирование вторичных световых волн в веществе, продолжительность излучения веществом происходит за время, сравнимое с периодом световых колебаний. А вот при тепловом излучении и люминесценции время излучения значительно превышает период световых колебаний.

Тепловое излучение свойственно всем телам при температуре выше

0 К. Оно содержит электромагнитные волны всевозможных частот (), однако при низких температурах тела излучают преимущественно волны инфракрасного диапазона. Поскольку тепловое излучение является равновесным, то для описания его свойств можно использовать законы термодинамики.

Если окружить излучающее тело (или несколько тел) оболочкой с идеально отражающей поверхностью (рис 16.1), удалив из оболочки воздух, то между телом (телами) и заполняющим оболочку излучением будет происходить непрерывный обмен энергией.

Рис. 16.1

Если распределение энергии между телами и излучением остается неизменным для каждой длины волны, состояние системы тел и излучения будет равновесным, т.е. все тела будут иметь температуру T, равную температуре оболочки.

Количественной характеристикой интенсивности теплового излучения является энергетическая светимость . Если в интервале частот от ν до тела излучается энергия , то поток энергии, приходящийся на единичный интервал частот, называется спектральной испускательной способностью тела, т.е.

(16.1)

Величина является функцией частот и температуры. Значения и зависят также от природы излучающего тела.

Суммарный поток энергии излучения с единицы поверхности тела по всему диапазону частот

(16.2)

называется интегральной испускательной способностью тела или его энергетической светимостью. В системе СИ спектральная испускательная способность имеет размерность Дж/м².

Испускательную способность тела вместо введенной выше величины R () можно выразить зависимостью от соответствующей длины волны излучения (): . Для новой переменной воспользуемся выражением, аналогичным (1.2), и перейдем от интегрирования по частотам к интегрированию по длинам волн (:

. (16.3)

Сопоставив выражение (16.3) с формулой (16.2), получаем уравнение связи между и :

. (16.4)

Если на элементарную площадку поверхности тела падает поток лучистой энергии , создаваемый электромагнитными волнами, частоты которых заключены в интервале от ν до , то часть этого потока отражается от поверхности тела , часть поглощается , а часть потока проходит через всю толщину тела . На основе баланса энергии запишем равенство:

. (16.5)

Последнее слагаемое зависит от строения и толщины тела. В большинстве случаев оно мало по сравнению с первыми двумя, поэтому в дальнейшем им будем пренебрегать. Разделим выражение (16.5) на величину , получим:

. (16.6)

Величина называется отражательной способностью тела (монохроматический коэффициент отражения), а величина

(16.7)

называется спектральной поглощательной способностью тела. Эти характеристики тела зависят не только от частоты излучения и температуры тела, но также и от его природы. Из формулы (1.6) следует, что .

Дата добавления: 2014-11-06