Основні закони променистої енергії

Кількість енергії, що випускається за 1 сек. на 1 см² поверхні тіла, називається його випромінювальною здатністю е_λ.

Випромінювальна здатність тіла залежить від його природи, абсолютної температури Т і довжини хвилі λ. Число, що показує, яка частина падаючої на тіло променистої енергії поглинається ним, називається його поглинаючою здатністю k_λ.

Кірхгоф встановив зв'язок між випромінювальною здатністю тіла та його поглинаючою здатністю.

Відповідно до закону Кірхгофа, відношення випромінювальної здатності тіла е_λT для певної довжини хвилі λ і абсолютноїтемператури Т дойого поглинаючої здатності k_λT за тих самих умов є величиною постійною, яка дорівнює випромінювальній здатності Е_λT абсолютно чорного тіла за тих же умов.

Таким чином,

, (4.3) івідповідно для повного випромінювання будемо мати

(4.4)

Величина є лише функцією довжини хвилі та температури (для повного випромінювання тільки температури), і не залежить від природи тіла.

Для абсолютно чорного тіла, у якого k_λT = 1, е_λT = Е_λT, із закону Кірхгофа випливає:

1) якщо тіло випромінює променисту енергію даної довжини хвилі λ при заданій температурі Т, то воно поглинає при цій температурі променисту енергію тієї ж довжини хвилі;

2) добре поглинаюче тіло добре випромінює та навпаки.

Закон Кірхгофа називають вибірковим законом поглинання; це значить, що тіло поглинає тільки ті промені, які воно випромінює. Всі тіла в природі, що не являються абсолютно чорними та маючи k_λ <1 випромінюють лише певну частку випромінювання абсолютно чорного тіла при тій же температурі.

У 1877р. Стефан дослідним шляхом і в 1879р. Больцмантеоретично встановили, що повна випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому ступеню його абсолютної температури. Таким чином, відповідно до закону Стефана – Больцмана,

Е = σТ⁴, (4.5)

де σ – постійний коефіцієнт ( кал/см² хв град⁴).

Велике значення для всіх розрахунків променистої енергії має закон зміщення Віна, що виражає зв'язок довжини хвилі максимального випромінювання λ_m абсолютно чорного тіла з його абсолютною температурою Т: добуток довжини хвилі, якому відповідає максимальна випромінювальна здатність тіла, на абсолютну температуру тіла є величина постійна:

(4.6)

Ця формула дозволяє знайти температуру випромінюючого тіла, якщо відомо розподіл енергії в його спектрі, тобто відома довжина хвилі з максимальною випромінювальною здатністю. І навпаки, знаючи температуру випромінюючої поверхні, можна знайти . З приведеного закону видно, що чим більше температура тіла, тим більші короткохвильові промені воно випромінює, та навпаки. Таким чином, при зміні температури тіла максимум енергії в його спектрі зміщується. Тому закон Віна називають ще законом зміщення.

Закони Віна й Стефана – Больцмана дозволяють визначити температуру випромінюючої поверхні Сонця. Так, відповідно до довжини хвилі максимального випромінювання Сонця =0,47μ. (закон Віна), одержуємо, що температура його дорівнює 6136°. А за законом Стефана – Больцмана, вважаючи Сонце абсолютно чорним тілом, одержуємо його температуру Т = 5760°.

Дата добавления: 2014-01-04