Характеристики теплового излучения. 1. Спектральная плотность энергетической светимости (излучаемости) тела

1. Спектральная плотность энергетической светимости (излучаемости) тела. Она выражает мощность излучения с 1 м² поверхности тела приходящейся на единичный интервал длин волн спектра в близи данной волны

2. Энергетическая светимость R_Т (интегральная излучательность) поток энергии излучаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям.

Так как излучение состоит из различных частот ν или длины волны λ то вводится величина

3. r = r (ν) – испускательная способность тела.

4. а = а (ν,Т) – поглощательная способность тела.

Опыт показывает, что чем больше испускательная способность тела, тем больше его поглощательная способность.

В 1859 г. Кирхгоф сформулировал закон:

Отношение испускательной и поглощательной способности не зависит от природы тела: она является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры.

Для всех тел независимо от их природы отношение спектральной плотности излучения к спектральному коэффициенту поглощения при такой же температуре и для тех же длин волн есть универсальная функция от длины волны и температуры.

Учитывая, что коэффициент поглощения абсолютно черного тела равен 1 то можно записать.

Т.е. универсальная функция Кирхгофа, равна спектральной плотности энергетической светимости абсолютно чёрного тела.

Закон Кирхгофа можно продемонстрировать на следующем опыте:

Берётся металлический сосуд в виде трехгранной призмы, причём:

1 грань – зеркальная; 1 грань – матовая; 1 грань – зачерненная;

Сосуд заполняется горячей водой, после того как сосуд прогреется чувствительным термоэлементом или болометром измерить потоки излучения исходящие из этих граней интенсивнее всего излучает зачернённая грань, Слабее – зеркальная, т.е. грань которая поглощает больше энергии, больше её и испускает.

Пламя горящей свечи основано на той пропорциональности, между испускательной и поглощательной способности тел.

В пламени свечи имеются частицы сажи, обладающие большим поглощением, они дают яркий свет (пламя газовой горелки не дает света).

Закон Кирхгофа описывает только тепловое излучение, поэтому можно считать, что излучение, которое не подчиняется закону Кирхгофа, не является тепловым.

Напротив излучение абсолютно черного тела тем на термоэлемент или балометр можно измерит полное излучение этого тела

Опыт показывает:

1. Спектр испускания абсолютно чёрного тела сплошной (в нём присутствуют волны всех длин);

2. Существует максимум спектральной плотности энергетической светимости, приходящейся при данной температуре на вполне определенную длину волны. При изменении температуры этот максимум смещается;

3. Максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости в сильной степени зависти от температуры тела;

4. Энергетическая светимость поля резко возрастает с повышением температуры.

Все эти положения были сформулированы Больцманом, Стефаном и Вином, в виде законов излучения Абсолютно чёрного тела.

Закон Стефана – Больцмана

Австрийский физик Стефан Анализируя экспериментальные данные и Больцман применяя термодинамический метод, установили зависимость электрической светимости R от T

R_Т = σ*Т⁴

Энергетическая светимость пропорциональна четвертой степени температуры, где

σ = 5,67*10^-8 Вт/(м²*R⁴) – постоянная Стефана- Больцмана.

Вин опираясь на законы термодинамики и электродинамики установил, что MAX излучательной способности и абсолютная температура связаны

Соотношением: - закон смещения Вина.

Длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости чёрного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре.

где b^I - это 2,9 *10 ^-3 м*К –

постоянная Вина

С помощью этого закона можно объяснить распределение энергии в спектре абсолютно чёрного тела.

Дата добавления: 2014-01-04