XX. Тепловое излучение

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение нагретых тел.

В процессе теплового движения атомов и молекул, в результате их соударений происходит электромагнитное излучение, что является универсальным свойством частиц.

Тепловое излучение может быть равновесным.

Основные характеристики теплового излучения.

1.Энергетическая светимость (излучательная способность) – R_e – это количество энергии (электромагнитного излучения), испускаемой по всевозможным направлениям в единицу времени с единицы площади поверхности тела.

R_e= ( = )

где W – энергия электромагнитного излучения;

S – площадь поверхности тела, м²;

t – время, с.

2. Ф = - поток энергии электромагнитного излучения (световой поток).

3.Поглощательная способность тела – это отношение поглощенной энергии электромагнитного излучения к падающей на тело энергии:

А =

или: А = ;

где А – поглощательная способность (коэффициент поглощения);

W_погл. – поглощенная энергия;

W_{падающ.} – падающая энергия.

Эти характеристики зависят не только от природы вещества, но и от температуры процесса и от длины волны. Поэтому вводят понятие «спектральная энергетическая светимость» для определенного небольшого диапазона длин волн:

R_λ (E_λ) – спектральная энергетическая светимость;

А_λ – спектральная поглощательная способность.

4. Спектральная плотность излучения – ε_λ –это отношение спектральной энергетической светимости к узкому интервалу длин волн:

^ε_{λ = ;}

или: dR_λ= ε_λdλ;

где ε_λ – спектральная плотность излучения;

Δλ – диапазон длин волн.

Полная спектральная энергетическая светимость:

^R_λ⁼

Графическая зависимость спектральной плотности излучения от длины волны:

Абсолютно черное тело

Абсолютно черное тело – это тело, которое поглощает все излучение при любой температуре и длине волны, то есть теоретически А = 1

В реальных процессах А<1 – (серые тела.)

Идеальной моделью абсолютно черного тела является затемненная полость произвольной формы, имеющая небольшое входное отверстие.

Закон Кирхгофа

Изучая равновесное излучение в изолированной системе, Кирхгоф установил, что отношение спектральной плотности излучения тела к его поглощательной способности не зависит от природы тел и для всех тел является одной и той же универсальной функцией от длины волны и температуры.

( )₁ = ( )₂ = …=( )_ч = ε_λч = f (λ, T).

Здесь учитывается, что А_λч = 1 – поглощательная способность абсолютно черного тела;

ε_λч – спектральная плотность излучения абсолютно черного тела.

Закон Стефана-Больцмана

Полная (по всему спектру) энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры.

R_λч = σТ⁴

Здесь σ = 5,7 * 10^-7 - постоянная Стефана-Больцмана.

где R_λч – спектральная энергетическая светимость абсолютно черного тела;

Для серых тел R_λч = kσT⁴ = δT⁴ .

Здесь: δ – приведенная энергетическая светимость;

Т – термодинамическая температура.

δ = kσ

k – коэффициент черноты (для серых тел).