3. Абсолютно черная поверхность.

Коэффициент поглощения (или спектральная поглощательная способность) поверхности какого-либо объекта определяется как отношение поглощенного потокак падающему потокуизлучения в интервале частот÷:

; . (3)

Коэффициент поглощения реальных поверхностей зависит от частоты, от температуры, плотности вещества и от свойств поверхности.

Поверхность называется абсолютно черной (АЧ), если падающее на неё излучение всех частот полностью поглощается, то есть для всех частотпри любых температурах. Объект, обладающий такой поверхностью, называетсяабсолютно черным телом (АЧТ).

Если коэффициент поглощения в некотором спектральном диапазоне не зависит от частоты,поверхность называется серой.

4. Спектральная и полная плотность энергетической светимости.

Пусть поверхность S некоторого тела находится в равновесии с тепловым излучением. Выделим на этой поверхности элементарную площадку . Поток энергии излучения, испускаемый элементарной площадкойпо всем направлениям в узком диапазоне частот от

до , обозначим. Поток энергии излученияс единицы поверхности пропорционален ширине спектрального диапазона:

, . (4)

Функция называетсяспектральной светимостью поверхности (спектральной излучательной способностью).

Полный поток энергии излучения, испущенный единичной площадкой по всем направлениям в полупространство и просуммированный по всем частотам:

,(5)

называется энергетической светимостью (интегральной излучательной способностью тела).

5. Закон Кирхгофа.

Равновесие в системе «излучение + вещество» может установиться только в том случае, если каждое тело будет излучать в единицу времени столько же энергии, сколько оно поглощает. Это означает, что между величинами идолжна существовать связь. Эту связь установил немецкий физик Густав Кирхгоф еще в 1859г, применив к тепловому излучению прочно установленные к тому времени законы термодинамики. Термодинамика не различает, в какой форме находится материя, её законы имеют универсальный характер.

Закон Кирхгофа: Для всех тел, находящихся в равновесии с излучением,

(6)

независимо от свойств излучающих тел и их поверхностей. Спектральная плотность энергии равновесного теплового излучения - универсальная функция от частоты и температуры.

Из закона Кирхгофа следует:

*Тела интенсивнее излучают на тех частотах, на которых они сильнее поглощают.

*Для абсолютно черного тела

, (7)

где c – скорость света.

*Спектральная светимость АЧТ не зависит от устройства тела, от свойств вещества, а зависит только от частоты и температуры.

*Все реальные тела, для которых , излучают при любой температуре всегда меньше энергии, чем АЧТ.

Общность закона Кирхгофа и незыблемость его доказательства, основанного на законах термодинамики, не могли не волновать теоретиков и экспериментаторов. Этот закон «высветил» проблему – поиск универсальной функции илидля АЧТ, который продолжался до начала 20-го века.

Пример 1. Красное стекло выглядит красным потому, что оно сильно поглощает излучение из зеленой части видимого нами спектра. Сильно нагретое стекло становится зеленоватым, так как оно испускает излучение из зеленой части спектра, которое оно раньше поглощало.

Пример 2. Черное пятно на полированном металлическом шаре при нормальной температуре выглядит темнее, чем остальная отражающая поверхность шара. При достаточно высокой температуре, когда шар начинает испускать видимый свет, то пятно, которое сначала поглощало сильнее металла, теперь больше излучает и выглядит ярче, чем окружающая поверхность.