Рівноважне випромінювання та його характеристики

Тема 4. Теплове випромінювання

1. Рівноважне випромінювання та його характеристики

2. Випромінювання абсолютно чорного тіла. Закон Кірхгофа

3. Закон Стефана – Больцмана

4. Закон зміщення Віна.

Рівноважне випромінювання та його характеристики

Всі нагріті тіла випромінюють електромагнітні хвилі. Електромагнітне випромінювання, яке виникає за рахунок внутрішньої енергії тіла, називається тепловим випромінюванням.Воно залежить тільки від температури і оптичних властивостей цього тіла. Коли видаток енергії тіла на теплове випромінювання не відновлюється, то його температура поступово знижується, а теплове випромінювання зменшується.

Теплообміном називається довільний процес передавання енергії у формі теплоти від більш нагрітого тіла до менш нагрітого, який відбувається за рахунок теплового випромінювання і поглинання електромагнітних хвиль цими тілами.

Теплове випромінювання - єдине, яке може перебувати в термодинамічній рівновазі з речовиною. При рівновазі витрата енергії тіла на теплове випромінювання компенсується за рахунок поглинання тілом такої самої кількості енергії, падаючого на нього випромінювання. Така рівновага відрізняє теплове випромінювання від люмінесцентного. Рівноважне випромінювання встановлюється в адіабатично замкненій системі, всі тіла якої перебувають при тій самій температурі.

Спектральною характеристикою рівноважного випромінювання служитьспектральна густина об’ємної густини енергії цього випромінювання:

(4.1)

де dw – енергія рівноважного випромінювання в частотному інтервалі між і замкнена в одиниці об’єма поля випромінювання.

Об’ємна густина енергії цього поля – це енергія одиниці об`єму електромагнітних хвиль усіх частот від 0 до ∞:

(4.2)

Рівноважне випромінювання ізотропно,тобто воно не поляризоване і всі напрямки розповсюдження рівноімовірні.

Енергія dW рівноважного випромінювання у вакуумі в частотному інтервалі між і яке падає за одиницю часу на одиницю площі поверхні кожного з тіл термодинамічно рівноважної системи, дорівнює:

(4.3)

де с - швидкість світла в вакуумі.

Енергетичною світністю (інтегральною випромінювальною здатністю) тіла називається фізична величина R_e, яка чисельно дорівнює енергії електромагнітних хвиль всіх можливих частот (або довжин хвиль) від 0 до , які випромінюються за одиницю часу з одиниці площі поверхні тіла.

Спектральною випромінювальною здатністю,або спектральною густиною енергетичної світності, називається фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню енергії dW, випромінюваної за одиницю часу з одиниці площі поверхні тіла за допомогою електромагнітних хвиль у вузькому інтервалі частот між і (або довжин хвиль у вакуумі між і ), до ширини цього інтервалу:

де с – швидкість світла у вакуумі. Значення ( ) залежить від частоти (довжини хвилі), температури, хімічного складу тіла і стану його поверхні.

Енергетична світність тіла зв`язана з і співвідношенням

(4.4)

Поглинальною здатністю(монохроматичним коефіцієнтом поглинання) тіла називається безрозмірна величина , яка дорівнює відношенню поглинутої тілом енергії до падаючої , у тому самому частотному інтервалі:

(4.5)

Поиск по сайту: